Triboelectric Nanogenerator Based on Fully Enclosed Rolling Spherical Structure for Harvesting Low‐Frequency Water Wave Energy

摩擦电效应 能量收集 纳米发生器 材料科学 声学 电压 功率(物理) 能量(信号处理) 光电子学 电气工程 压电 物理 复合材料 工程类 量子力学
作者
Xiaofeng Wang,Simiao Niu,Yajiang Yin,Yi Fang,Zheng You,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:5 (24) 被引量:492
标识
DOI:10.1002/aenm.201501467
摘要

Water waves are increasingly regarded as a promising source for large‐scale energy applications. Triboelectric nanogenerators (TENGs) have been recognized as one of the most promising approaches for harvesting wave energy. This work examines a freestanding, fully enclosed TENG that encloses a rolling ball inside a rocking spherical shell. Through the optimization of materials and structural parameters, a spherical TENG of 6 cm in diameter actuated by water waves can provide a peak current of 1 μA over a wide load range from a short‐circuit condition to 10 GΩ, with an instantaneous output power of up to 10 mW. A multielectrode arrangement is also studied to improve the output of the TENG under random wave motions from all directions. Moreover, at a frequency of 1.43 Hz, the wave‐driven TENG can directly drive tens of LEDs and charge a series of supercapacitors to rated voltage within several hours. The stored energy can power an electronic thermometer for 20 min. This rolling‐structured TENG is extremely lightweight, has a simple structure, and is capable of rocking on or in water to harvest wave energy; it provides an innovative and effective approach toward large‐scale blue energy harvesting of oceans and lakes.
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