作為一種高熵可再生能源，不規(guī)則海洋波浪能量是一種很有前途的可持續(xù)能源，正受到全世界的廣泛關(guān)注。而摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）作為一種新型能量收集技術(shù)，可以將環(huán)境中的低頻機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，在獲取海洋能源方面有著巨大的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)擺動式TENG（CP-TENG）由于受到自身固有頻率限制，只能在極窄頻帶內(nèi)有效工作，當(dāng)外界激勵頻率偏離TENG的固有頻率，TENG器件幾乎無法工作，其輸出性能、輸出穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率也均顯著下降，無法適應(yīng)復(fù)雜的不規(guī)則海洋等環(huán)境。

針對上述問題，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院王佩紅教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)程嘉副研究員、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士合作，提出一種由擺動轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)制和勢能儲存/釋放策略耦合的寬頻、輸出可控型摩擦納米發(fā)電機(jī)（SR-TENG），用以收集環(huán)境中不規(guī)則、低頻率和低強(qiáng)度機(jī)械能。這種新穎的耦合策略使得SR-TENG可以將各種擺動/振動機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)間斷性和連續(xù)性旋轉(zhuǎn)兩種模式的自動切換，在具備可控輸出性能的同時，SR-TENG能夠有效地收集寬頻帶0.3Hz-5Hz的低頻機(jī)械能量，其帶寬約為CP-TENG的4倍。且SR-TENG的非接觸工作模式也大大提高了其耐久性。此外，SR-TENG的峰值功率密度在1.8Hz時可達(dá)10.1W/m3，在5Hz時可達(dá)15.4W/m3，其平均功率密度較之傳統(tǒng)非接觸CP-TENG顯著提高。上述策略為提高TENG的頻帶寬度、能量轉(zhuǎn)換效率以及耐久性提供了一種新的可借鑒思路。

圖. 基于擺動轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)制和勢能儲存/釋放策略的新型TENG的結(jié)構(gòu)及性能

相關(guān)成果以“Broadband and Output-Controllable Triboelectric Nanogenerator Enabled by Coupling Swing-Rotation Switching Mechanism with Potential Energy Storage/Release Strategy for Low-Frequency Mechanical Energy Harvesting”為題發(fā)表在材料與能源領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Energy Materials》上，安徽大學(xué)為論文第一單位，材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級碩士研究生曹寶為論文第一作者，王佩紅教授、清華大學(xué)程嘉副研究員和中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士為論文共同通訊作者。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省杰出青年科學(xué)基金和安徽省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選科研活動經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的支持。