Boosting output performance of contact-separation mode triboelectric nanogenerators by adopting discontinuity and fringing effect: experiment and modelling studies

摩擦电效应 不连续性分类 间断(语言学) 材料科学 电气工程 光电子学 工程类 数学 数学分析 复合材料
作者
T.H. Cheng,Han Hu,Navid Valizadeh,Qiong Liu,Florian Bittner,Ling Yang,Timon Rabczuk,Xiaoning Jiang,Xiaoying Zhuang
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2310.17016
摘要

Triboelectric nanogenerators (TENGs) are promising self-powering supplies for a diverse range of intelligent sensing and monitoring devices, especially due to their capability of harvesting electric energy from low frequency and small-scale mechanical motions. Inspired by the fact that contact-separation mode TENGs with small contact areas harvest high electrical outputs due to fringing effect, this study employed discontinuity on the dielectric side of contact-separation mode TENGs to promote fringing electric fields for the enhancement of electrical outputs. The results reveal that the TENGs with more discontinuities show higher overall electric performance. Compared to pristine TENGs, the TENGs with cross discontinuities increased the surface charge by 50% and the power density by 114%. However, one should avoid generating discontinuities on tribonegative side of TENGs using metal blade within a positive-ion atmosphere due to the neutralization through electrically conductive metal blade. The computational simulation validated that the TENGs with discontinuities obtained higher electrical outputs, and further investigated the effect of discontinuity gap size and array distance on TENGs performance. This study has provided a promising method for the future design of TENGs using discontinuous structures.
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