基于摩擦纳米发电机—超级电容器复合结构的自充电一体储能系统研究

It gets more urgent to solve the powering problem for flexible, portable and wearable electronics as the market is booming. One of the ideas to solve this problem is developing hybrid energy conversion and storage in one for self-charging powering system. Based on the target of collecting the mechanical energy from human activities to powering portable and wearable electronics, our research dedicates on developing hybrid triboelectric nanogenerator and supercapacitor in one for self-charging powering system. We will deposit transition metal oxides or conductive polymer, which will increase the capacitance, on carbon electrodes of flexible supercapacitor by electrochemical or hydrothermal method. The triboelectric generator is fabricated by stacking two polymer sheets made of materials having distinctly different triboelectric characteristics. In order to produce proper voltage, current and energy conversion efficiency, microstructure will make on the polymer sheets. A hybrid triboelectric nanogenerator and supercapacitor system for self-charging powering will be realize based on mechanism study and the former experiments. Project result will benefit the developing of portable and wearable electronics.

随着越来越多的柔性便携式和可穿戴式电子器件的出现，如何在这些器件中置入供能系统成为了突出的问题。较好的解决方法是发展由能量转化器件与存储器件组成的柔性自充电一体能源系统。本项目以收集人们日常活动所产生的机械能给便携式电子设备提供能源为研究目的，研制基于摩擦纳米发电机—超级电容器复合结构的自充电储能系统。将选用高机械强度和导电性的电极材料如碳布或碳纤维等，用电化学法或水热法在电极表面上生长一层过渡金属氧化物或导电聚合物薄膜以增大电容量；选用易失电子和易得电子的两种不同聚合物材料，用掩模法、倒模法与刻蚀法等方法制备出表面具有不同微结构的易得/失电子薄膜，使摩擦纳米发电机具有合适的输出电流、电压和能量转化效率。最终根据一体系统的理论研究和前期实验结果设计和制备摩擦纳米发电机—超级电容器复合结构的自充电一体能源存储系统。项目研究成果对于发展完整的可穿戴电子设备具有现实的意义，具有很好的应用前景。

发展由能量转化器件与存储器件组成的柔性自充电一体能源系统，是解决柔性便携式和可穿戴式电子器件中的供能问题的关键。本项目以收集人们日常活动所产生的机械能给便携式电子设备提供能源为研究目的，研制基于摩擦纳米发电机—超级电容器复合结构的自充电储能系统。在国家自然科学基金委的支持下，我们首先完成了：（a）自充电的纳米摩擦发电机与柔性超级电容器一体系统的理论研究；（b）柔性超级电容器实验研究；（c）纳米摩擦发电机的实验研究；然后在前面研究成果的基础上，我们完成了（d）设计和制备摩擦纳米发电机—超级电容器复合结构的自充电一体能源存储系统。项目研究成果对于发展完整的可穿戴电子设备具有现实的意义，具有很好的应用前景。