近日，重庆大学物理学院胡陈果教授团队在《Nature Communications》期刊上发表了一篇题为“Efficient energy conversion mechanism and energy storage strategy for triboelectric nanogenerators”的研究性文章，展示了一种摩擦纳米发电机高效能量提取和能量存储的创新策略。重庆大学为唯一单位，文章第一作者为博士生吴汇源，通讯作者为郭恒宇教授和胡陈果教授。
图中所示为TENGs能量管理及能量存储示意图
近年来，多种新能源技术取得了显著进步，为解决全球能源安全和环境问题提供了新的契机。其中，基于材料之间的摩擦生电以及静电感应效应的摩擦纳米发电机（TENGs），因其能够将环境中的低频机械能高效转化为电能的潜在优势，引起了广泛关注。然而，由于TENGs具有高内阻（兆欧至G欧），在直接为后端电子设备（等效阻抗通常为千欧级别）供电时，能量利用效率极低。研究人员通过包括变压器、开关电容、Buck转换器等多种能量管理策略，尝试提高TENGs的电能输出效率，但实际应用中仍存在能量利用效率低、输出规整方案欠缺等问题。
该研究指出，在能量传递过程中，开关带来了显著的电压损耗和电荷损耗。通过TENGs的输出特性自我管理和气压调控策略，研究团队实现了实际能量转换效率的显著提升。进一步，通过系统性电路分析与搭建，团队开发出了一个同时具有能量存储功能和稳压功能的TENG电源系统，成功演示了在非规律机械能驱动下为电子设备稳定供能的效果。
这一突破性研究不仅提供了TENGs与能量管理电路之间的更为细节的能量传递机制，还解决了如何将不稳定的机械能转换为稳定可用电能的技术挑战。该成果为TENGs的后续能量管理发展提供了重要的理论基础和技术支持。
该研究得到国家自然科学基金的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50978-7
