近日，太阳集团1088vip唐群委教授課題組在基于混合電磁-摩擦納米發電機的自驅動海洋無線定位領域取得重要進展，文章以“Self-powered seesaw structured spherical buoys based on hybrid triboelectric-electromagnetic nanogenerator for sea surface wireless positioning”為題發表在Energy & Environmental Science (IF：38.532)上，洪泓鑫碩士生、楊希娅副教授為共同第一作者，太阳集团app首页楊希娅副教授和唐群委教授為共同通訊作者。

(Energy & Environmental Science期刊截圖)

       随着現代工業社會的快速發展，能源短缺和環境污染是人類面臨的兩大挑戰，發展可再生清潔能源已成為緩解化石燃料過度開采造成的資源枯竭和環境惡化的全球戰略選擇。高效開發利用海洋能是保障能源安全、保護生态環境、應對氣候變化、實現“碳達峰·碳中和”目标的有效途徑，其中波浪能具有功率密度高和分布廣泛等優點，被認為是最有應用前景的海洋能源之一。近年來，摩擦納米發電機（Triboelectric nanogenerator，簡稱TENG）逐漸形成了自供電和無線移動的發展趨勢。然而，TENG固有的電容阻抗特性仍然限制了其功率密度輸出，無損信号同步輸出對于最大化功率輸出也是必不可少的。将摩擦發電效應與電磁感應效應相集成，結合兩者輸出特性的互補性構建複合型波浪能發電機，既可保留低頻段TENG高電壓輸出的優勢，又可以利用EMG在高頻段工作的特點采集較高頻率的波浪能，是制備寬頻域、高電流密度波浪能發電機的有效途徑之一。

       該工作報道了一種基于混合電磁-摩擦電納米發電機的寬頻波浪能采集和海面無線定位的自驅動跷跷闆式球形浮标裝置（SSTE-HNG）。單元浮标通過采用中央滑塊作為核心構件，巧妙的實現了三個模塊（OZ、FL、EMG）兩種模式（接觸-分離式、滑動式）的同步運動以及兩種效應的協同發電。通過系統研究三個模塊的振蕩頻率和擺幅，優化電學輸出性能,其中鋸齒形多層折紙模塊（OZ）、獨立層滑動式模塊（FL）和電磁模塊（EMG）的瞬時最大輸出功率密度在 0.7Hz 的振蕩頻率下分别達到 17 W/m3、4.8 W/m3和 9.8 W/m3，可同時點亮約 410 個 LED燈珠。進一步采用晶體管控制的電源管理電路交替切換過渡電容器串/并聯結構，有效解決了SSTE-HNG與儲能電容之間的阻抗匹配問題，顯着提高了對商用4.7mF電容器充電的充電速率，使得最終輸出電壓穩定至2.7 到 3.3 V 範圍内，從而自驅動 GPS 模塊實現海面實時無線定位。該項工作為混合效應發電機的協同運動提供了一種巧妙的設計思路，SSTE-HNG 最終可構成仿生“章魚”結構實現波浪能的多向采集，并有望與分布式傳感器網絡集成，應用于藍色能量采集和智能海洋自驅動監測等領域。

      該項研究工作得到了國家重點研發計劃（2021YFE0111000）、國家自然科學基金（61774139, 62004083, U1802257）、廣東省自然科學基金（2019B151502061, 2020A1515011123）等科研項目的資助。近年來，唐群委和楊希娅等教師組成的科研團隊，圍繞高性能駐極體制備、混合效應能量采集、摩擦電荷密度提升等關鍵問題，緻力于波浪能、人體動能等低頻機械能轉換材料與器件的研發，獲得了一系列原創性研究成果。

       原文鍊接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee02549j