Yeni nesil sabit akım sürtünmeli nanojeneratörün araştırma süreci
Sürtünme elektrifikasyonu ve statik elektrik çok yaygın bir fenomendir.Toplanması ve kullanılması zor olduğundan, genellikle insanlar tarafından göz ardı edilen bir enerji türüdür. Wang Zhonglin, Pekin Nano Enerji ve Sistemler Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi tarafından 2012 yılında sürtünmeli nanojeneratörü (TENG) icat ettiğinden bu yana, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları TENG hakkında çeşitli yönlerden kapsamlı araştırmalar yaptılar. TENG'in bir enerji cihazı olarak pratik uygulamasının anahtarı, güç yoğunluğunu daha da artırmaktır ve çekirdek, sürtünme yükü yoğunluğunu arttırmaktır. Sürtünme yükü yoğunluğu, triboelektrik nanojeneratörlerin temel performans göstergelerinden biridir.TENG'nin yedi yıl önce ortaya çıkmasından bu yana araştırmacılar, sürtünme yükü yoğunluğunu artırmak için sürtünme malzemesi seçimi, yüzey modifikasyonu ve modifikasyonu konusunda çok fazla araştırma yaptı. Nano Enerji Enstitüsü'nden Wang Jie ve Wang Zhonglin ekibi, TENG'nin triboelektrik yük yoğunluğunu 30 C m-2'den yaklaşık 300 C m-2'ye, parçalanma ve esnek temas yöntemleriyle artırdı (Nature communication 2016, 7, 12744), ancak yük yoğunluğu hala etkileniyor Hava arızasıyla sınırlı olarak, daha sonra yüksek vakumlu bir ortamda 1003 C m-2'lik ultra yüksek bir şarj yoğunluğu elde edildi (Nature communication 2017, 8, 88). Fakat normal şartlar altında, triboelektrik nanojeneratör atmosferik basınç altında çalışır, bu nedenle buradaki yük yoğunluğunun çoğu hava arızası yoluyla açığa çıkar.Hava parçalanmasının bu kısmının enerjisi toplanırsa, sadece triboelektrik nanojeneratörün çıkışı arttırılamaz. Sürtünmeli nanojeneratör teknolojisinin daha iyi anlaşılması ve kullanılması için performans ve ayrıca yeni bir sürtünmeli nanojeneratör anlayışı büyük önem taşımaktadır.
Geleneksel sürtünmeli nanojeneratörlerin iki doğal özelliği vardır: alternatif akım çıkışı ve darbe özellikleri. Bu nedenle, genellikle triboelektrik nanojeneratör elektronik cihazları doğrudan sürdüremez. Geleneksel yöntem, minyatürleştirilmiş bir kendi kendine sürüş sistemi oluşturmaya elverişli olmayan kararlı bir DC çıkışı elde etmek için tam dalgalı bir doğrultucu köprü ve bir enerji depolama ünitesi bağlamaktır. Ayrıca, triboelektrik nanojeneratörün darbe çıkışı, enerji depolama ve elektronik cihazları belirli bir dereceye kadar sürmek için verimliliğini etkileyen nispeten yüksek bir kayıp faktörüne (tepe akımının ortalama kareye oranı olarak tanımlanır) sahiptir.
5 Nisan'da Wang Jie, Wang Zhonglin ve diğerleri Science Advances'teki elektrostatik bozulmadan kaynaklanan sabit akım triboelektrik nanojeneratör başlıklı bir araştırma makalesi yayınladılar.Nano Enerji Enstitüsü'nden doktora öğrencileri Liu Di, Yin Xing ve Georgia Teknoloji Enstitüsü'nden doktora sonrası araştırmacı olan Guo Hengyu, makalenin ilk ortak yazarıdır.
Bu makale, triboelektrik ve dielektrik kırılmaya dayalı yeni nesil triboelektrik nanojeneratörleri bildirmektedir. İlk kez, triboelektrik ve hava kırılmasına dayalı sabit akım çıkışı gerçekleştirmektedir. Temel prensip yapay olarak "yıldırım" üretmeye ve toplamaya benzer. enerjisi. Aynı zamanda, triboelektrik yük yoğunluğu, atmosferik bir ortamda hava arızası ile sınırlanan geleneksel triboelektrik nanojeneratörlerden daha yüksektir. Bu yeni DC sürtünmeli nanojeneratörün, harici redresör köprüsü veya enerji depolama ünitesi olmadan elektronik cihazları doğrudan çalıştırdığı kanıtlanmıştır. Araştırma sonuçları yalnızca giyilebilir elektronik ve IoT sistemlerinde kullanılan kendi kendini süren sistemlerin minyatürleştirilmesine yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda mekanik enerjinin verimli bir şekilde toplanması için yeni bir paradigma sağlıyor.
Şekil: (a) Sabit akım sürtünme nano jeneratörünün çalışma prensibi, (b) TENG'nin sabit akım çıkışı, (c) TENG doğrudan elektronik saati çalıştırır (düzeltme ve enerji depolama ünitesi olmadan).
Kaynak: Pekin Nano Enerji ve Sistemler Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
