简介：

近期，课题组成员张韶祥在国际能源领域权威期刊《Nano Energy》上发表文章" On the performance of freestanding rolling mode triboelectric nanogenerators from rotational excitations for smart tires "’提出了一种新型的独立式滚动模式摩擦电纳米发电机(FR-TENG)，用于收集轮胎旋转产生的能量，该发电机位于轮胎内部，以实现最佳的能量捕获。本研究对独立摩擦电层模式teng的设计和配置进行了全面的展望，为车辆轮胎旋转能量回收系统的开发提供了帮助。

内容摘要：

在这项研究中，我们提出了一种新型的独立式滚动模式摩擦电纳米发电机(FR-TENG)，用于收集轮胎旋转产生的能量，该发电机位于轮胎内部，以实现最佳的能量捕获。首先，研究了FR-TENG的工作原理，采用有限元法对球面滚动体的势能分布进行了预测。此外，我们采用原子尺度的电子云势阱模型来描述电子传递机制。其次，采用运动学仿真方法研究了不同尺寸和形状的滚动体在不同转速下的运动状态。结果表明，圆柱和球面滚动体比椭圆圆柱滚动体具有更稳定的运动性能。第三，通过系统实验研究了轧制体形状和尺寸对FR-TENG输出性能的影响。当转速为120rpm时，球体(直径为20mm)的最大功率可达5.33 μW，负载电阻为50 MΩ。当滚动体为圆柱体(宽度为22 mm)时，FR-TENG的最大体积功率密度达到3.29 W/m3。在充电能力方面，圆柱形滚动元件通过实现更高的充电电压而优于球形滚动元件。FR-TENG可以将22 μF的电容充电到4.4 V，连续驱动手表20秒。本研究对独立摩擦电层模式teng的设计和配置进行了全面的展望，为车辆轮胎旋转能量回收系统的开发提供了帮助。

图1.实验设置。(a) FR-TENG实验平台结构示意图。(b)电气响应测试电路原理图。(c)阻抗匹配测试电路示意图。(d)充电性能测试电路示意图。(e)调速器工作界面示意图。

致谢：基金资助:国家自然科学基金项目(No. 521168226；No.62225308)，上海市科学技术委员会(22dz1204300)。