近日，武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院朱建陽(yáng)副教授聯(lián)合中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士、程廷海研究員提出了一種雙葉片式摩擦-電磁復(fù)合發(fā)電機(jī)(DB-TEHG)。該成果以“Double-blade structured triboelectric–electromagnetic hybrid generator with aerodynamic enhancement for breeze energy harvesting”為題發(fā)表在《Applied Energy》期刊。朱建陽(yáng)副教授、王中林院士和程廷海研究員為論文共同通訊作者，汪朝暉教授為論文共同作者，機(jī)械學(xué)院2021級(jí)博士在職研究生朱名康、張加誠(chéng)為論文共同第一作者，我校為論文第一單位�！禔pplied Energy》是Elsevier出版社工程技術(shù)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊，2022年影響因子11.446，中科院JCR期刊分區(qū)一區(qū)TOP。

　　雙葉片式摩擦-電磁復(fù)合發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括雙葉片式俘能端、摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)和電磁發(fā)電機(jī)。在微風(fēng)驅(qū)動(dòng)下，雙葉片結(jié)構(gòu)不僅可以提升風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能，提高電磁發(fā)電機(jī)的輸出性能，還可以直接驅(qū)動(dòng)葉片間的接觸-分離模式TENG，獲得額外的電能輸出。在應(yīng)用演示中，DB-TEHG用于收集自然微風(fēng)能量并成功為無(wú)線溫濕度傳感器供電。這項(xiàng)工作提出的雙葉片式摩擦-電磁復(fù)合發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)理念為開(kāi)展環(huán)境微納能源俘獲研究提供了一種新思路。

　　風(fēng)能作為一種可再生能源，對(duì)其開(kāi)發(fā)利用是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的有效途徑之一，然而現(xiàn)有的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)風(fēng)速有著較高要求，這限制了低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)能利用。摩擦納米發(fā)電機(jī)(Triboelectric nanogenerator,TENG)是由王中林團(tuán)隊(duì)于2012年首次發(fā)明的一種基于摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)耦合原理的新型發(fā)電機(jī)，在收集低頻能量領(lǐng)域有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于微納能源收集和自供電傳感領(lǐng)域。

　　針對(duì)低速微風(fēng)能量俘獲困難的共性問(wèn)題，論文提出了一種雙葉片式摩擦-電磁復(fù)合發(fā)電機(jī)。通過(guò)CFD方法仿真對(duì)比了不同葉片風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，確定合適的葉片參數(shù)，并揭示了雙葉片結(jié)構(gòu)提升風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的內(nèi)在機(jī)理；制作原理樣機(jī)并實(shí)驗(yàn)測(cè)試了TENG和電磁發(fā)電機(jī)在不同風(fēng)速下的輸出性能，在風(fēng)速為2~5 m/s時(shí)，TENG的輸出電壓為650~910 V、輸出電流為31~45μA，電磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓為80~236 V、輸出電流為10~24.2 mA，DB-TEHG從風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換效率為20.88%；展示了DB-TEHG可以點(diǎn)亮420個(gè)LED；進(jìn)行了室外實(shí)驗(yàn)，證明在自然微風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下，DB-TEHG可以為無(wú)線溫濕度傳感器供電。該研究工作可以收集自然界微風(fēng)能量為物聯(lián)網(wǎng)分布式傳感器供電，并為環(huán)境微納能源的開(kāi)發(fā)利用提供了新的解決思路。