随着信息感知时代的到来，传统供电方式中电池容量和寿命有限且更换困难的问题日益凸显，人们迫切地需要发展便携、可持续和分散的无碳绿色能源来解决这些分布式电子器件的可持续性供电问题，因此，便携式电子设备、植入式医疗器件及无线传感器网络等领域快速发展。压电纳米发电机（PENG）可将环境中广泛存在的微弱、无规律的机械能借助纳米压电材料的压电效应有效转化为电能，因而引起了全世界的广泛关注。然而，目前为止，PENG较低的输出一直限制着它的进一步发展和应用，如何开发出高输出压电式纳米发电机是解决该领域所面临的关键性挑战。
兰州大学材料与能源学院秦勇教授研究组十几年来一直致力于纳米发电机领域的研究。近日，该团队应期刊NanoEnergy主编邀请，撰写并发表了压电纳米发电机的综述文章“Development and outlook of high output piezoelectric nanogenerators”(Nano Energy, 2021, 86, 106080.)，徐奇和温娟两位青年教师分别为第一作者和第二作者。
该综述文章围绕如何提高PENG的输出问题，从压电本构方程出发讨论了PENG的工作原理，强调了位移电流在高输出PENG中的重要作用，结合位移电流和PENG的等效电路将提高纳米发电机的工作归为材料优化、结构优化、电源管理优化三个方面。针对铁电陶瓷、压电半导体、铁电聚合物、铁电陶瓷/聚合物复合物等压电材料，分别从理论和实验方面论述了材料压电性的来源和提升材料压电系数的方案；逐步递进地介绍了提高PENG电压、电流输出的结构优化方案；针对PENG无规、脉冲式输出，从传统的桥式整流电路出发，介绍了各种电源管理方案；指明了未来高输出PENG的发展方向。
图1高输出纳米发电机的发展
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！