用于机械能收集与乙醇检测的高稳健高效无金属水杯固液摩擦发电机
应用物理
2025-06-03 v1
摘要
近年来，基于固液接触起电的低频机械能收集器因其在耐磨性、高电荷转移效率以及对固液界面处电子-离子相互作用的新见解（特别是在材料识别方面）的独特优势而受到广泛关注。因此，我们设计了一种稳健且高效的水杯摩擦纳米发电机 (WC-TENG)，仅使用普通饮用水和塑料水杯作为主要材料，实现了高效功率输出，同时消除了对金属电极的需求，并有效解决了发电机部件的腐蚀问题。实验结果表明，在 2 Hz 的工作频率下，WC-TENG 产生 249.71 V 的开路电压 (Voc)、4.21 uA 的短路电流 (Isc) 和 188.85 nC 的转移电荷 (Qsc)。WC-TENG 表现出长期稳定性和可靠性，在 1500 s 内保持稳定的电压输出。此外，WC-TENG 在高湿度条件下保持稳定的性能，且其输出随温度升高而增强，凸显了其在各种环境应用中的稳健性和适应性。进一步地，乙醇的引入通过阻碍电子转移和降低 WC-TENG 的电输出破坏了固液界面处的电位平衡，但随着乙醇挥发，器件逐渐恢复到其原始电位状态，展示了其作为选择性乙醇传感器的潜力。该设计不仅推动了耐腐蚀、高性能能量收集器的发展，也为低成本、可持续且环境适应性强的传感技术开辟了新的可能性。
引用
@article{arxiv.2409.03604,
title = {Highly robust and efficient metal-free water cup solid-liquid triboelectric generator for mechanical energy harvesting and ethanol detection},
author = {Kequan Xia and Min Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.03604},
year = {2025}
}
备注
13,5798