武科大网讯（通讯员朱名康）近日，js官网机械学院朱建阳副教授联合中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、程廷海研究员提出了一种双叶片式摩擦-电磁复合发电机(DB-TEHG)。该成果以“Double-blade structured triboelectric–electromagnetic hybrid generator with aerodynamic enhancement for breeze energy harvesting” 为题发表在《Applied Energy》期刊。朱建阳副教授、王中林院士和程廷海研究员为论文共同通讯作者，汪朝晖教授为论文共同作者，机械学院2021级博士生朱名康、张加诚为论文共同第一作者，js官网为论文第一单位。《Applied Energy》是Elsevier出版社工程技术领域的顶级期刊，2022年影响因子11.446，中科院JCR期刊分区一区TOP。
双叶片式摩擦-电磁复合发电机的结构主要包括双叶片式俘能端、摩擦纳米发电机(TENG)和电磁发电机。在微风驱动下，双叶片结构不仅可以提升风机的气动性能，提高电磁发电机的输出性能，还可以直接驱动叶片间的接触-分离模式TENG，获得额外的电能输出。在应用演示中，DB-TEHG用于收集自然微风能量并成功为无线温湿度传感器供电。这项工作提出的双叶片式摩擦-电磁复合发电机设计理念为开展环境微纳能源俘获研究提供了一种新思路。
风能作为一种可再生能源，对其开发利用是实现“碳中和”的有效途径之一，然而现有的传统风力发电机对风速有着较高要求，这限制了低风速区域的风能利用。摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator, TENG)是由王中林团队于2012年首次发明的一种基于摩擦起电效应和静电感应效应耦合原理的新型发电机，在收集低频能量领域有着独特优势，已广泛应用于微纳能源收集和自供电传感领域。
针对低速微风能量俘获困难的共性问题，论文提出了一种双叶片式摩擦-电磁复合发电机。通过CFD方法仿真对比了不同叶片风机的流场结构，确定合适的叶片参数，并揭示了双叶片结构提升风机气动性能的内在机理；制作原理样机并实验测试了TENG和电磁发电机在不同风速下的输出性能，在风速为2~5 m/s时，TENG的输出电压为650~910 V、输出电流为31~45 μA，电磁发电机的输出电压为80~236 V、输出电流为10~24.2 mA，DB-TEHG从风能到电能的转换效率为20.88%；展示了DB-TEHG可以点亮420个LED；进行了室外实验，证明在自然微风的驱动下，DB-TEHG可以为无线温湿度传感器供电。该研究工作可以收集自然界微风能量为物联网分布式传感器供电，并为环境微纳能源的开发利用提供了新的解决思路。
论文信息：M. Zhu, J. Zhang, Z. Wang, X. Yu, Y. Zhang, J. Zhu, Z.L. Wang, T. Cheng. Double-blade structured triboelectric–electromagnetic hybrid generator with aerodynamic enhancement for breeze energy harvesting. Applied Energy, 2022, 3266:119970. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119970.
