機械エネルギーを収穫するための新しい PDMS ベースの摩擦電気発生器

摩擦電気発電機 (TEG) と摩擦電気ナノ発電機 (TENG) は、環境に優しく、効果的な機械電気エネルギー変換デバイスです [1-5]。原理は、摩擦電気効果と静電誘導に基づいています。デバイスは通常、2 つの摩擦電気材料で構成され、サイクリング接触分離モードで電気的性能を発揮します。摩擦電気材料は、他の摩擦材料との接触および摩擦モードでの電荷の機能を備えた金属、非金属から非常に簡単に見つけることができます。

PDMS (ポリジメチルシロキサン) は、効果的な摩擦電気、非毒性の材料であり、マイクロ金型のキャスティング プロセスによって容易に形成されます。形態の特徴付けでは、ポリマー表面に構造を導入すると、表面粗さが増加し、摩擦材料が他の摩擦材料と押したりこすったりするのに直面するため、摩擦材料の摩擦と接触面積が増加します。 TEG/TENG の電気的性能を特徴付ける役割基準には、開回路電圧 (V_OC )、短絡電流 (I_SC )、電流密度 (J_SC )、電力、エネルギー貯蔵、および照明放出を実際の発電用途について評価します。

小説 マイクロトッピングを備えた傾斜壁アレイで形成された TEG 構造 (IWA-MT) PDMS 構造ベースの摩擦電気発電機 (IWA-MT-PDMS-TEG) は、持続可能な機械電気エネルギー変換、エネルギー貯蔵、発光、出力の優れた特性を示します。パフォーマンス。さらに、環境に優しく、低コストで製造が容易な CO₂ を使用して製造されています。 ポリメチル メタクリレート (PMMA) 型のレーザー アブレーション法とポリマー キャスティング プロセス。持続可能な IWA-MT-PDMS-TEG は、IWA-MT-PDMS フィルムとアルミニウム (Al) ホイルの見つけやすい材料で構成されており、Al は電極と摩擦材料として 2 つの中心的な役割を果たします。

出力を向上させるために、2 種類の特別な IWA-MT が導入されました。微粒子トッピング PDMS フィルム ベースの摩擦電気発生器を備えた傾斜壁アレイ (IWA-MP-PDMS-TEG) と、広がったマイクロドームを備えた傾斜壁アレイです。トッピング PDMS フィルム ベースの摩擦電気発生器 (IWA-SMD-PDMS-TEG)。

IWA-MP-PDMS-TEG は、低頻度の手タッピングによる単純な作業条件で、最大 V_OC の高性能を発揮します。 135.8 V、I_SC 109.5 µA、J_SC 3.5 µA cm、5 MΩの外部抵抗で29.7 mWの電力、および9.6 W mの電力密度。そして、IWA-SMD-PDMS-TEG は最大の V_OC を生成します 112.6 V、I_SC 83.5 µA、J_SC 2.7 µA cm、電力 13.8 mW、電力密度 4.4 W m。両方の IWA-MT-PDMS-TEG も、優れたエネルギー貯蔵能力と放出用途を示しました。詳細には、IWA-MP-PDMS-TEG は、最大充電電圧 (V_C) で 0.22 μF コンデンサに充電できます。 )、0.76 秒で 1.74 V の充電、0.1 μF コンデンサへの数千回の安定した充電、直列に接続された 83 個の LED を駆動し、手で押すと明るく点灯します。また、IWA-SMD-PDMS-TEG は V_C を充電できます。 4.5 秒で同じコンデンサに 1.04 V を供給し、65 個の LED を点灯させます。

IWA-MTは、接触分離作業サイクルでのIWA-MT-PDMSとAl間の接触面積と摩擦の増加により、TEGの出力性能を向上させることができます。また、IWA-MP-PDMS-TEG は、エネルギー貯蔵と明るい発光のための安定した充電能力を示し、美しい本物の広告ボードに電力を直接供給します。環境に優しく、低コストで、製造が迅速で、高出力電力性能を実現するための材料を簡単に見つけることができるという優れた特性により、両方の IWA-MT-PDMS-TEG は、充電、貯蔵、および発光に直接適用できます。近い将来の実用化への明るい見通し。

図 1 は、設計コンセプトから IWA-MT-PDMS-TEG の実際のアプリケーションまでの要約を示しています。中央の画像は、IWA-MT-PDMS-TEG の新しい構造を示しています。これは、CO₂ のシンプルで低コストで迅速な製造方法に由来します。 レーザーアブレーションとポリマーキャスティングプロセス、およびTEGの周期的な動作メカニズム。左上隅の画像は、エネルギー ハーベスタの高出力を示しています。右上隅の画像は、充電アプリケーションを示しています。右下隅は、数十色の LED を使用した発光アプリケーションを示しています。左下隅は、デバイスの持続可能な動作を示しています。中央上部と中央下部の画像は、NCKU のロゴ文字が付いた広告ボード アプリケーションを示しています。

これらの調査結果は、雑誌 Applied Energy に最近掲載された、傾斜した壁配列とマイクロトッピング構造を備えた新しい PDMS ベースの摩擦電気発電機を使用した機械的エネルギーの収穫、貯蔵、および照明というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、国立成功大学の V. L. Trinh と C. K. Chung によって実施されました。

参考文献: