Продвинутая теоретическая структура контактных трибоэлектрических наногенераторов для повышения эффективности энергетической конверсии

Аннотация

По мере быстрого расширения электроники следующего поколения портативные и эффективные источники энергии стали одним из самых важных факторов, сдерживающих рыночное развитие. Трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНГ) — потенциальный кандидат благодаря своим непревзойденным особенностям. Здесь мы глубоко проанализировали мощность и эффективность конверсии контактных ТЭНГ, учитывая весь процесс энергетической конверсии. Во-первых, выходя за рамки обычного анализа, ввели компрессионную силу для получения более универсального профиля движения, что дало лучшее понимание принципа работы контактно-раздельного процесса. Затем мы глубоко проанализировали влияние различных параметров на производительность. Особенно, максимальная эффективность ТЭНГ достигается при оптимальной силе. Это реалистично и полезно для более эффективных ТЭНГ. Кроме того, это исследование имеет хорошие шансы установить стандарты для квантификации эффективности ТЭНГ, что заложит основу для дальнейшей индустриализации и мультифункционализации технологии ТЭНГ.

Введение

Искусственный интеллект и облачные сети постепенно улучшают качество современной жизни с быстрым развитием электроники следующего поколения для умного дома, мониторинга здоровья, развлечений и мониторинга окружающей среды. Питание этих огромных количеств электроники стало невозможной миссией с существующими батарейными технологиями, учитывая их большой размер, короткий срок службы и особенно проблемы быстрой зарядки. Это стало одним из важнейших барьеров для разработки устойчивых источников питания, подходящих для носимой электроники.

В настоящее время трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНГ), основанные на трибоэлектрификации, демонстрировали привлекательную технологию для сбора механической энергии. Это многообещающий кандидат для носимой электроники благодаря многочисленным преимуществам, включая гибкость, стоимостную эффективность, простой процесс фабрикации, экологичность и универсальность. Он широко используется для сбора энергии из окружающей механической энергии. Кроме того, его можно интегрировать с носимыми устройствами для самопитающихся приложений. На данный момент многие методы использовались для увеличения выходной мощности, включая поверхностную морфологию, оптимизацию материалов, инъекцию заряда, оптимизацию структуры и мульти-наногенераторы. Несмотря на быстрый прогресс в выходной производительности, определенная модель для анализа эффективности энергетической конверсии отсутствует. Несколько теоретических объяснений опубликованы для разных режимов ТЭНГ. Однако большинство анализов не обсуждает весь процесс энергетической конверсии и фокусируется только на выходной мощности. Что более важно, более высокая выходная мощность не означает более высокую эффективность энергетической конверсии и может даже оказаться контрпродуктивной. Это в некоторой мере препятствовало развитию более эффективных ТЭНГ из-за отсутствия прямого исследования эффективности энергетической конверсии.

В этой работе мы системно и прямо проанализировали мощность и эффективность конверсии контактных ТЭНГ, учитывая весь процесс. Во-первых, выходя за рамки обычного анализа, ввели компрессионную силу для получения более универсального профиля движения, что дало лучшее понимание принципа работы контактно-раздельного процесса. Затем, согласно уравнениям движения, представили явные уравнения для важных характеристик устройства во всем контактном и раздельном процессе. Наконец, влияние свойств материалов, структурных параметров и экспериментальных факторов на максимальную мощность и особенно эффективность энергетической конверсии было системно исследовано. Мы можем получить максимальную эффективность и мощность путем рационального проектирования параметров, особенно компрессионной силы. Это реалистично и полезно для более эффективных ТЭНГ. Важно, что это имеет хорошие шансы установить стандарты для квантификации эффективности ТЭНГ, что заложит основу для дальнейшей индустриализации и мультифункционализации ТЭНГ.

Методы

Основной принцип работы ТЭНГ основан на трибоэлектрификации и электростатической индукции. Его можно примерно классифицировать на два типа с точки зрения материалов трения. Из-за работы выхода и трения, диэлектрический материал и проводящий материал выбираются как трибоэлектрическая пара. Как показано на Рисунке 1, верхний слой состоит из верхнего электрода (ВЭ) и диэлектрического слоя и может двигаться вверх и вниз, тогда как нижний электрод (НЭ) зафиксирован на субстрате. Два слоя соединены с нагрузочным резистором R. Процессы разделения и контакта показаны на Рисунке 1a, b соответственно. В процессе разделения электроны текут к НЭ от ВЭ, и возвращаются к ВЭ в процессе контакта.

Под приложенной силой F верхний слой полностью контактирует с нижним. НЭ будет иметь положительные трибоэлектрические заряды с поверхностной плотностью заряда σ, в то время как диэлектрический слой имеет те же заряды с противоположным знаком. В процессе разделения верхний слой отделяется от нижнего на расстояние x(t). Это приводит к разности потенциалов V(t) между ВЭ и НЭ из-за электрического поля. Для компенсации V(t) электроны будут течь между двумя электродами через R. Следовательно, заряд ВЭ равен Q, а НЭ остается с Sσ − Q. Сила электрического поля в двух областях дается согласно теореме Гаусса.

Внутри диэлектрического слоя:

$$ {E}_{\mathrm{dielectric}}=-\frac{Q}{S{\varepsilon}_0{\varepsilon}_r} $$ (1)

Внутри воздушного зазора:

$$ {E}_{\mathrm{air}}=\frac{\sigma_0-Q/S}{\varepsilon_0} $$ (2)

где ε₀ и ε_r — вакуумная диэлектрическая проницаемость и относительная диэлектрическая проницаемость соответственно.

V(t) должно удовлетворять уравнению:

$$ V(t)={E}_{\mathrm{dielectric}}d+{E}_{\mathrm{air}}x(t) $$ (3)

По закону Ома V(t) дано как

$$ V(t)= RI(t)=R\frac{dQ}{dt} $$ (4)

Объединяя уравнения, получаем

$$ \frac{dQ}{dt}+\frac{d_0+x(t)}{RS{\varepsilon}_0}\times Q=\frac{\sigma x(t)}{R{\varepsilon}_0} $$ (5)

Уравнение (5) — управляющее уравнение ТЭНГ. Оно применимо ко всему процессу разделения и контакта. Очевидно, что x(t) — один из самых важных факторов ТЭНГ. В отличие от предыдущих работ, мы строим практичное уравнение движения, а не предполагаем его напрямую. В этой работе уравнение движения во всем процессе строится на основе компрессионной силы и экспериментальных условий.

Результаты и обсуждение

Система без пружины

Во-первых, рассматриваем только постоянную компрессионную силу F и гравитацию верхнего слоя. Уравнение движения можно получить следующим образом (см. Дополнительный файл 1: Примечание 1 и Рисунок S1 в ESM). В реальности x(t) всегда имеет максимальное значение x_max и минимум ноль. Поэтому уравнения движения даны:

$$ \left\{\begin{array}{c}\ x(t)=\frac{F- mg}{2m}{t}^2,t<\sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F- mg}}\ \\ {}x(t)={x}_{\mathrm{max}},t\ge \sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F- mg}}\end{array}\right. $$ (6.1) $$ \left\{\begin{array}{c}\ x(t)=\frac{F+ mg}{2m}{t}^2,t<\sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F+ mg}}\ \\ {}x(t)=0,t\ge \sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F+ mg}}\end{array}\right. $$ (6.2)

Уравнения (6.1) и (6.2) представляют процесс разделения и контакта соответственно.

Тогда мы можем получить перенесенный заряд. (Подробное вывод в Дополнительный файл 1: Примечание 2 в ESM).

В процессе разделения:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}Q(t)=\exp \left(-\frac{6m{d}_0t+\left(F- mg\right){t}^3}{6 mRS{\varepsilon}_0}\right)\\ {}\times {\int}_0^t\frac{\sigma \left(F- mg\right){t}^2}{2 mR{\varepsilon}_0}\mathit{\exp}\frac{6m{d}_0t+\left(F- mg\right){t}^3}{6 mRS{\varepsilon}_0} dt,t<\sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F- mg}}\end{array}} $$ (7.1) $$ {\displaystyle \begin{array}{l}Q(t)=\frac{\sigma S{x}_{\mathrm{max}}}{d_0+{x}_{\mathrm{max}}}-\left(\frac{\sigma S{x}_{\mathrm{max}}}{d_0+{x}_{\mathrm{max}}}-{Q}_0\right)\\ {}\times \mathit{\exp}\left(-\frac{d_0+{x}_{\mathrm{max}}}{RS{\varepsilon}_0}\left(t-{t}_0\right)\right),t\ge \sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F- mg}}\end{array}} $$ (7.2)

где \( {t}_0=\sqrt{2{x}_{\mathrm{max}}m/\left(F- mg\right)} \), и Q₀ = Q(t₀) в уравнении (7.1).

В процессе контакта:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}Q(t)=\exp \left(-\frac{6m{d}_0t+\left(F+ mg\right){t}^3}{6 mRS{\varepsilon}_0}\right)\\ {}\times \left(\sigma S+{\int}_0^t\frac{\sigma \left(F+ mg\right){t}^2}{2 mR{\varepsilon}_0}\mathit{\exp}\frac{6m{d}_0t+\left(F+ mg\right){t}^3}{6 mRS{\varepsilon}_0} dt\right),t<\sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F+ mg}}\end{array}} $$ (8.1) $$ Q(t)={Q}_0\times \exp \left(\frac{d_0{t}_0-{d}_0t}{RS{\varepsilon}_0}\right),t\ge \sqrt{\frac{2{x}_{\mathrm{max}}m}{F+ mg}} $$ (8.2)

где \( {t}_0=\sqrt{2{x}_{\mathrm{max}}m/\left(F+ mg\right)} \), Q₀ можно вычислить, подставив t = t₀ в уравнение (8.1).

Следовательно, выходной ток можно вывести как I(t) = dQ/dt и V(t) = RI(t).

Согласно конкретным параметрам в Таблице 1, мы можем получить результаты численных расчетов.

Характеристики-зависимость от времени при разных R во всем процессе показана на Рисунке 2. Зависимости перенесенного заряда, выходного тока и выходного напряжения от времени при разных нагрузках в процессе контакта показаны на Рисунке 2a, c, e. Поведение похоже на предыдущие исследования. Но процесс разделения редко изучали. Предполагаем, что поверхностные заряды полностью переносятся к ВЭ в процессе разделения через длительное время. Как показано на Рисунке 2b, при коротком замыкании (КЗ) заряды в ВЭ могут полностью течь обратно к НЭ, когда верхний слой останавливается (t = 2 мс). Заряды не могут уменьшиться до нуля при t = 2 мс, когда R более 1 МОм. Тогда как почти все заряды переносятся к НЭ, когда R менее 10 МОм в процессе разделения. Перенесенные заряды в процессе контакта гораздо меньше, чем в процессе разделения. Это обусловлено относительно малой движущей силой в раннем процессе контакта. Зависимость выходного тока от времени показана на Рисунке 2d. При КЗ пиковый ток почти такой же как в процессе разделения. Когда R больше, кривая тока-времени имеет два локальных максимума, в начале и в конце движения. И абсолютный максимальный ток резко падает с увеличением сопротивления. Два локальных максимума в начале и конце движения обусловлены адекватными электронами и высокой скоростью движения соответственно. Выходное напряжение имеет тот же профиль что и ток, но другой тренд в величине, как показано на Рисунке 2f (см. Дополнительный файл 1: Рисунок S2 для детальной зависимости в ESM). Стоит отметить, что абсолютное максимальное значение напряжения намного меньше по сравнению с тем в процессе разделения. Очевидно, напряжение и ток не симметричны в процессах разделения и контакта. Объединяя разделение и контакт, выходное напряжение и ток чередуются.

Кроме того, влияние различных параметров на отношение между максимальной мощностью P_max и соответствующим сопротивлением показано на Рисунке 3. Эти разные параметры можно разделить на материал, структуру и экспериментальное условие. Например, материальные параметры включают σ и ε_r. Структурные параметры — בעיקר площадь S, x_max и d. Компрессионная сила F — экспериментальный параметр. Можно видеть, что σ, S, F и x_max сильно влияют на P_max, как показано на Рисунке 3a–d. P_max драматически увеличивается при росте σ, S, F и x_max. Параметры σ и S в основном определяют количество заряда, которое можно перенести. Параметры F и x_max в основном влияют на уравнения движения. Соответствующее оптимальное сопротивление уменьшается с уменьшением x_max, в то время как оно редко влияет на σ, S и F. Кроме того, параметры d и ε_r редко влияют на P_max и соответствующее сопротивление, как указано на Рисунке 3e, f. То есть эффективная толщина диэлектрического слоя d₀ = d/ε_r мало влияет на производительность ТЭНГ. Мы можем регулировать эти параметры для контроля максимальной мощности. Стоит отметить, что соответствующее сопротивление обычно является нагрузочным сопротивлением электроники.

Пружинная система

Для более популярного экспериментального условия включается пружинная система. Компрессионная сила F применяется периодически, как показано на Рисунке 4a. В процессе разделения (T = t₁) есть только восстанавливающая сила пружин и гравитация, поэтому F = 0. В то время как в процессе контакта (T = t₂ + t₃) компрессионная сила F добавляется. И она все еще длится долго после того, как два слоя в полный контакт. Кривые движения показаны на Рисунке 4b. Вычисленные уравнения движения и выходная производительность выводятся следующим образом. (Дополнительный файл 1: Примечание 3 в ESM)

$$ \mathrm{x}(t)={x}_{\mathrm{max}}-{x}_{\mathrm{max}}\mathit{\cos}\left({\omega}_0t\right) $$ (9.1) $$ \mathrm{x}(t)={x}_{\mathrm{max}}-\frac{F}{k}+\frac{F}{k}\cos \left({\omega}_0t\right) $$ (9.2)

где \( {\omega}_0^2=k/m \). И уравнения (9.1) и (9.2) представляют процесс разделения и контакта соответственно.

В процессе разделения:

$$ {\displaystyle \begin{array}{c}Q(t)={\int}_0^t\frac{\sigma {x}_{\mathrm{max}}\left(1-\mathit{\cos}\left({\omega}_0t\right)\right)}{R{\varepsilon}_0}\mathit{\exp}\left(\frac{d_0+{x}_{\mathrm{max}}}{RS{\varepsilon}_0}t-\frac{x_{\mathrm{max}}}{RS{\varepsilon}_0{\omega}_0}\mathit{\sin}\left({\omega}_0t\right)\right) dt\\ {}\times \mathit{\exp}\left(-\frac{d_0+{x}_{\mathrm{max}}}{RS{\varepsilon}_0}t+\frac{x_{\mathrm{max}}}{RS{\varepsilon}_0{\omega}_0}\mathit{\sin}\left({\omega}_0t\right)\right),t<{t}_1\end{array}} $$ (10)

В процессе контакта:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}Q(t)=\mathit{\exp}\left(-\frac{d_0+{x}_{\mathrm{max}}-\frac{F}{k}}{RS{\varepsilon}_0}t+\frac{Fsin\left({\omega}_0t\right)}{kRS{\varepsilon}_0{\omega}_0}\right)\\ {}\times \left\{{q}_0+{\int}_0^t\mathit{\exp}\left(\frac{d_0+{x}_{\mathrm{max}}-\frac{F}{k}}{RS{\varepsilon}_0}t-\frac{Fsin\left({\omega}_0t\right)}{kRS{\varepsilon}_0{\omega}_0}\right)\right.\ \\ {}\ \\ {}\times \left.\frac{\sigma \left({x}_{\mathrm{max}}-\frac{F}{k}+\frac{F}{k}\cos \left({\omega}_0t\right)\right)}{R{\varepsilon}_0} dt\right\},t<{t}_2\ \end{array}} $$ (11) $$ Q(t)={Q}_0\times \mathit{\exp}\left(\frac{d_0}{RS{\varepsilon}_0}\left({t}_0-t\right)\right),t\ge {t}_3 $$ (12)

где q₀ — заряды, перенесенные от НЭ к ВЭ в процессе разделения.

Выходной ток и напряжение можно вычислить как I(t) = dQ/dt и V(t) = RI(t).

Зависимость перенесенного заряда от времени при разных R во всем процессе показана на Рисунке 4c. Процесс переноса заряда разделен на три области, соответствующие периодической силе. Область I представляет процесс разделения, а процесс контакта содержит области II и III. В области I заряды переносятся к ВЭ от НЭ. Заряды в ВЭ продолжают увеличиваться. В области II направление потока заряда связано с сопротивлением. Заряды в ВЭ продолжают увеличиваться при большом сопротивлении (R ≥ 1 ГОм). Оно увеличивается до максимума, затем уменьшается при низком сопротивлении (R ≤ 100 МОм). Особенно, когда R = 0, заряды продолжают уменьшаться в области II. В области III заряды в ВЭ продолжают уменьшаться. Соответствующий выходной ток во всем процессе показан на Рисунке 4d. Ток в процессах разделения и контакта имеет противоположный знак. Обычно максимальное значение тока в процессе разделения немного больше чем в процессе контакта. Интересно, в процессе контакта абсолютное максимальное значение тока появляется в начале процесса контакта или в момент, когда они только что в контакте. Когда сопротивление велико, оно появляется в начале контакта, наоборот — наоборот. Выходное напряжение растет со временем затем падает, как показано на Рисунке 4e. Выходное напряжение может появиться как отрицательное значение в процессе контакта. И абсолютное значение намного меньше чем в процессе разделения. Эти рисунки согласуются с измеренными экспериментальными графиками в литературе. Измеренный выходной ток очевидно чередуется, а измеренное выходное напряжение обычно пикообразное. Отношения мгновенной максимальной мощности с сопротивлениями в процессах контакта, разделения и всем процессе показаны на Рисунке 4f. ТЭНГ достигает абсолютной максимальной мгновенной мощности около 200 МОм в процессах разделения и контакта. В то время как в процессе контакта у него есть дополнительное локальное максимальное значение около 0,1 МОм. Так что во всем процессе мгновенная мощность получает максимум около 200 МОм. Можно видеть, что кривая мощности процесса контакта накладывается на кривую процесса разделения при большом сопротивлении. Потому что максимальное значение тока появляется на пересечении двух процессов когда R ≥ 200 МОм.

Более того, вычисленные результаты P_max и соответствующего оптимального сопротивления показаны на Рисунке 5. Как указано на Рисунке 5a–c, максимальная мгновенная мощность увеличивается при увеличении параметров x_max, S и k. Это может быть отнесено к более быстрой скорости переноса электронов. Одновременно соответствующее оптимальное сопротивление также меняется. Оптимальное сопротивление уменьшается с увеличением S и k, но обратный тренд с x_max. Влияние параметра σ на P_max и оптимальное сопротивление показано на Рисунке 5d. P_max быстро растет с ростом σ, в то время как оптимальное сопротивление остается постоянным. Оптимальное сопротивление также не влияет ε_r. Но при увеличении ε_r максимальная мгновенная мощность увеличивается и затем насыщается. F почти не влияет на максимальную мгновенную мощность и оптимальное сопротивление. Во всем контактном и раздельном процессе F влияет только на процесс контакта. Так что максимальный ток в процессе разделения остается прежним. Как показано на Рисунке 5f, максимальная мгновенная мощность не меняется. Это отличается от системы без пружины. В системе без пружины F напрямую влияет на процесс разделения, тем самым влияя на максимальную мощность.

Короче, P_max можно увеличить увеличением максимального расстояния разделения x_max, площади S, коэффициента пружины k, относительной диэлектрической проницаемости диэлектрического слоя ε_r и особенно поверхностной плотности заряда σ. Например, материальные параметры такие как ε_r и σ обычно оптимизируют для получения более высокой мощности. В то время как оптимальное сопротивление можно настроить параметрами x_max, S и k. P_max и оптимальное сопротивление в основном зависят от материальных и структурных параметров.

Эффективность конверсии η ТЭНГ

Иногда мы больше заботимся о P_max, что мы игнорируем η. Эффективность — важный параметр для оценки источника питания. η определяется как отношение между выходной электрической энергией и входной механической энергией. Здесь мы системно и прямо исследовали влияние этих параметров на эффективность.

Электрическая энергия и механическая энергия получаются согласно импульсу тока при оптимальном R. Выходная электрическая энергия дана:

$$ {E}_{\mathrm{electric}}={\int}_{t_{\mathrm{start}}}^{t_{\mathrm{end}}}{I}^2 Rdt $$ (13)

где временной интервал между t_start и t_end выражает целый контактный и раздельный процесс.

Вычисленная механическая энергия:

$$ {E}_{\mathrm{mechanical}}=F\times S $$ (14)

Таким образом η вычисляется как:

$$ \eta =\frac{E_{\mathrm{electric}}}{E_{\mathrm{mechanical}}}\times 100\% $$ (15)

Отношение η с x_max показано на Рисунке 6a. При увеличении x_max эффективность η увеличивается, затем постепенно насыщается. Мы знаем, что механическая энергия и максимальная мощность пропорциональны x_max. Однако увеличение x_max меняет форму кривой тока-времени. Это означает, что темп роста замедляется при большем x_max. Влияние параметров S, k и σ на η показано на Рисунке 6b–d. Тренд увеличения эффективности η с этими параметрами похож на тренд максимальной мощности. Эффективность η постепенно увеличивается с увеличением S и k. Заметно, что σ может сильно влиять на эффективность η. Параметр ε_r трудно изменить, и к счастью, он почти не влияет на η, как показано на Рисунке 6e. Как показано на Рисунке 6f, эффективность η быстро снижается при увеличении F. Это в основном обусловлено увеличением механической энергии. Очевидно, эффективность относительно низка. К счастью, мы можем сильно повысить эффективность улучшением σ.

В практической ситуации, однако, F может влиять на параметр σ. При малом F два слоя частично контактируют. Два слоя могут получить лучший контакт при увеличении F. Тогда параметр F может почти влиять на поверхностную плотность заряда σ. То есть σ увеличивается с F затем насыщается, как показано на Рисунке 7a. Поэтому мы пересчитали отношение между выходной производительностью и компрессионной силой F. Влияние F на максимальный ток, напряжение и мгновенную мощность показаны на Рисунке 7b–d соответственно. У них похожая связь с F. Например, выходное напряжение увеличивается с ростом F и затем остается постоянным, что согласуется с экспериментальными данными в литературе. Влияние F на электрическую энергию показано на Рисунке 7e. Стоит отметить, что в кривой есть точка перегиба. Выходная электрическая энергия увеличивается с ростом F, затем слегка снижается. Небольшое падение выходной электрической энергии обусловлено более коротким процессом контакта при большей компрессионной силе. При малой компрессионной силе F пропорционально σ, что приводит к большей выходной электрической энергии. Однако при большой компрессионной силе σ насыщается. Перенесенные заряды в процессе разделения остаются постоянными, в то время как уменьшаются в процессе контакта при большей компрессионной силе. Так что выходная электрическая энергия во всем процессе разделения и контакта слегка падает. Отношение η и F представлено на Рисунке 7f. Интересно, кривая η-F пикообразная и максимальное значение появляется при F ≈ 50 Н. Входная E_mechanical пропорциональна F, в то время как E_mechanical намного больше выходной E_electric. При малом F темп роста E_electric быстрее E_mechanical из-за быстрого увеличения σ. Однако при большом F снижение E_electric и рост E_mechanical приводят к более низкой эффективности. Точка перегиба в отношении между эффективностью энергетической конверсии и компрессионной силой важна в проектировании эффективного источника питания.

Для получения более высокой выходной производительности, такой как ток и мгновенная мощность, обычно применяют большую компрессионную силу F. Но это может вызвать низкую эффективность конверсии. Согласно вышеуказанному анализу, мы можем выбрать рациональную F для получения высокой мощности и эффективности конверсии одновременно.

Заключение

В заключении, мы ввели практический подход для системного и прямого анализа эффективности конверсии контактных ТЭНГ. Выходя за рамки обычного анализа, ввели компрессионную силу для получения более универсального профиля движения, что дало лучшее понимание принципа работы контактно-раздельного процесса. Явные уравнения для важных характеристик устройства во всем процессе разделения и контакта были представлены, в отличие от обычного анализа, фокусирующегося только на процессе разделения. Во-первых, мы проанализировали отношение выходной производительности с материальными, структурными и экспериментальными параметрами, что было в основном для более высокой выходной мощности. Затем, важно, мы системно и глубоко изучили влияние этих параметров на эффективность энергетической конверсии во всем процессе. Важно, была найдена точка перегиба в отношении между эффективностью конверсии и компрессионной силой. ТЭНГ с высокой выходной мощностью и высокой эффективностью конверсии могут быть получены одновременно при оптимальной силе. Это реалистично и полезно для более эффективных ТЭНГ. Важно, что это имеет хорошие шансы установить стандарты для квантификации эффективности ТЭНГ, что заложит основу для дальнейшей индустриализации и мультифункционализации ТЭНГ.

Аббревиатуры

BE:

Нижний электрод

TE:

Верхний электрод

TENGs:

Трибоэлектрические наногенераторы