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机械工程学院师生在《先进能源材料》发表研究成果

发布时间:2024-03-26 浏览量:

近日,我校机械工程学院程广贵教授、丁建宁教授团队与中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员团队合作,在能源材料领域顶级期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上发表了题为“A Power-Managed Tribovoltaic Nanogenerator and Self-Powered Wireless Temperature Monitoring System”的研究论文。我校博士生曹杰为论文第一作者,程广贵、丁建宁和中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛为共同通讯作者。

据调查显示,全球工业系统中约1/3的能量通过摩擦消耗。摩擦伏特效应是一种新发现的用于机电能量转换的半导体效应。摩擦伏特纳米发电机(TVNG)通过半导体界面摩擦产生直流电输出,它凭借优化的摩擦副组成和高的输出功率密度,在工业摩擦能量回收方面展现出巨大优势。利用回收的机械能并转变为电能为工业传感微系统供电是实现自驱动传感的有效方式,开发适用于TVNG输出特性的电源管理策略对智能工业物联网的发展具有重要推动作用。

本工作创新提出了一种适用于高输出电压TVNG的电源管理策略,通过耐高压二极管的引入有效抑制了从过渡电容到TVNG的能量回流,将最大功率点跟踪算法(MPPT)和降压转换器结合设计了自主电源管理单元(PMU)。实验结果显示,PMU实现了对TVNG电输出的有效调控,PMU管理后TVNG与管理前相比内部阻抗降低10倍,电容的充电速度提高7.18倍,可实现对100个LED和6个并联温湿度计持续供能。这项工作为高输出电压TVNG提供了一种有效的电源管理策略,将进一步推动TVNG在自供能传感系统和工业物联网(IIoT)领域的应用。

研究工作得到国家自然科学基金(52275191)、国家自然科学基金重大项目(92248301)、江苏省青蓝工程、江苏省333人才等项目支持。(机械工程学院)

论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202400659

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