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【能源】协同收集不规则雨滴能和太阳能的发电面板

时间：2023-01-09 来源： 浏览：

【能源】协同收集不规则雨滴能和太阳能的发电面板

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从自然界中获取可再生能源（雨滴能、太阳能、海洋能、风能等）为广泛分布的分布式电子器件和传感器的供能提供了可行的解决方案，同时可以缓解世界能源短缺危机和解决环境污染问题。雨滴能和太阳能作为最广泛分布的两种清洁能源，都具有高的能量密度，但同时具有气候依赖性。将雨滴能和太阳能复合实现互补能量收集，已经被证实是实现全天候高效能量收集和可持续能源供给的有效解决方案之一。摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerators, TENGs）具有材料选择广泛、结构简单、成本低以及低频下高效等优点，正是将环境中广泛分布、低频、驱动力有限的雨滴能高效转化为电能的最佳手段。然而，由于雨滴体积、频率和位置等具有不规则分布的特点，TENG用于广泛雨滴能收集的应用仍面临巨大的挑战。
为了实现雨滴发电机的广泛应用，仍然有方面的问题需要解决，例如在实际降雨过程中不规则降雨会导致不同雨滴发电机的输出信号相互叠加/抵消；如何合理设计雨滴发电机阵列面板与太阳能电池实现高效复合能量收集；如何尽可能减小器件阵列的复杂度和降低制造成本。针对上述问题， 北京纳米能源与系统研究所王中林 院士团队围绕雨滴发电机和太阳能电池的集成一体化进行了详细的研究，并提出了一种 具有合理电极结构设计的高透明、大面积、高效的TENG阵列面板用于不规则雨滴能和太阳能互补收集。

研究者利用高速像机在时间尺度上的高分辨率，详细观察了液滴的运动过程，结果表明，液滴与FEP薄膜表面（倾斜角为30°）的作用时间较小（这里约为20 ms），且高频液滴也表现出一定的时空分离度。更重要的是，作者详细计算和分析了实际降雨的分布密度和特点，提出了单个共用电极取代水平方向多个复杂电极的策略，以此降低阵列系统的集成复杂度和制造成本。

此外，通过模拟不规则降雨场景，并集成高透明的雨滴发电阵列与太阳能电池板，首次详细对比了雨滴发电机与太阳能电池单元的电学输出性能。在50 mL mi n -1 的降雨条件下，该工作中的雨滴发电机最大平均功率密度可以高于阴天太阳能电池的输出功率，证明了雨滴TENG与太阳能电池集成的可行性和有效性。
该成果近期发表在 Advanced Materials 期刊上。北京纳米能源与系统研究所 叶翠英 博士研究生、 刘迪 博士后、 陈鹏飞 博士研究生为论文的共同第一作者， 王中林 院士和 蒋涛 青年研究员为论文通讯作者。本研究受到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、海洋科技创新项目、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Integrated Solar Panel with Triboelectric Nanogenerator Array for Synergistic Harvesting of Raindrop and Solar Energy
Cuiying Ye, Di Liu, Pengfei Chen, Leo N. Y. Cao, Xunjia Li, Tao Jiang, Zhong Lin Wang
Adv. Mater. , 2022 , DOI: 10.1002/adma.202209713
导师介绍
王中林
https://www.x-mol.com/university/faculty/48479
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