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振动所研究团队提出具有自调控策略的摩擦纳米发电机,实现自供能风速传感
发布时间:2022-02-14

近日,上海交大振动、冲击、噪声研究所团队在能量领域期刊Nano Energy上发表题为A self-regulation strategy for triboelectric nanogenerator and self-powered wind-speed sensor的研究论文,提出了一种自调节策略,使 TENG风能采集器根据风速变化自适应调节工作模式,显著提高设备性能和使用寿命,实现自供能自然风速测量。邹鸿翔和赵林川博士为共同第一作者,张文明教授为通讯作者。

 

小型风能采集可与传感器集成,用于自供能生态监测、气候监测、自然灾害监测和野外基础设施监测等,对保护和改善人类的生活环境具有重要意义。然而,风的随机性和不规则性严重限制了风能收集和自供能传感技术的应用。

 

图1 器件设计与工作原理

 

图2 自然风环境实验

 

图3 自供能风速测量传感

 

本文提出一种具有自调控策略的摩擦纳米发电机(TENG-SS),实现了自供能风速传感。通过合理设计离心力和非线性磁力,摩擦纳米发电机功能材料的分离和接触程度可针对不同风速自动调节。风速较低时,气动力小,在自调节下摩擦阻力也小,装置容易启动,磨损小;在高风速下,空气动力可以克服更大的摩擦阻力,产生更多的电能。基于TENG-SS的工作原理,本文建立了动力学模型,并进行了实验验证,分析了关键参数对TENG-SS性能的影响。此外,在21600秒的自然风环境中,本文对有和无自调控策略的样机进行了比较,证明了所提出的TENG-SS具有更好的电学性能和鲁棒性。这种自我调节机制具有较高的电学输出性能,减少摩擦阻力和材料磨损,并显著提高设备性能和使用寿命。同时,TENG-SS可以用于自供能风速测量和无线信息传输。本研究提供了新的设计视角,即通过力学调控的方法,提高能量采集系统在复杂环境中的综合性能。

 

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106990

供稿:振动、冲击、噪声研究所    
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