En triboelektrisk nanogenerator (TENG) är en energiskördande anordning som omvandlar mekanisk energi till elektricitet genom kontaktseparation eller relativa glidrörelser av två motsatta tribo-polära material. Forskare från Inha University rapporterade tidigare det första exemplet på svavelryggradspolymerbaserad TENG. Ytan på svavelsampolymerfilmen fluorerades direkt med användning av giftig fluorgas för att förbättra TENG-prestandan.

Svavel och fluor har högre elektronaffinitet (EA) på –200 kJ/mol respektive –322 kJ/mol jämfört med EA för kol (–122 kJ/mol). Den fluorerade svavelsampolymerfilmen kan uppnå en sexfaldig och trefaldig ökning av spänning och ström i jämförelse med polytetrafluoreten (PTFE), det nuvarande konventionella negativa materialet. Dessutom är elementärt svavel en biprodukt av petroleumraffinering; därför är svavel med hög renhet kommersiellt tillgängligt till låg kostnad. För att säkerställa driftsäkerheten för denna teknik i praktiska industriella tillämpningar är det emellertid nödvändigt att utforma avfallsbehandlingssystem såväl som metoder för återvinning av den giftiga fluorgasen.

För att övervinna dessa begränsningar har forskare nyligen rapporterat en enkel och giftig-fluorgasfri väg för syntes av extremt negativa triboelektriska polymerblandningar som består av en fluorrik polymer (poly(pentafluorostyren), PPFS) och en svavelryggrad -baserad polymer. I denna metod fasseparerades PPFS-molekyler på luftgränssnittet via varmpressning, vilket resulterade i mycket effektiv triboelektrisk energiskörd. Trots det låga belastningsvärdet (7,5 vikt-%) av PPFS översteg dess yttäckning 90 % på grund av fasseparationen i blandningsfilmen inducerad av hög differentiering av ytenergier mellan svavelsampolymeren och PPFS.

Lokaliseringen av avsevärda mängder fluor på filmytorna gav polymerblandningarna extremt negativa triboelektriska egenskaper. De triboelektriska prestandan för polymerblandningsfilmerna i studien var signifikant överlägsna de för konventionella kol-ryggradsbaserade polymerer. Den polymerblandningsbaserade TENG presenterade långsiktigt stabil prestanda på ~ 26 timmar och förbättrade spännings- och strömutgångar som var 8-faldigt respektive 9-faldigt högre än de för en PTFE-baserad TENG. Slutligen visade forskarna förmågan hos en 4-tums filmbaserad TENG att driva 400 seriekopplade blå lysdioder på 3,3 V med polymerblandningsfilmen med en triboelektrisk öppen kretsspänning på ~1360 V.

Genom detta arbete kommer fasseparationsstrategin för fluorrika polymerer från svavelpolymerer att ge insikter för forskning inom både akademi och industri för att uppnå skalbar, låg kostnad, miljövänlig och högpresterande triboelektrisk energiskörd.

Forskningen publicerades i Nano Energy . + Utforska vidare

Nya högpresterande triboelektriska material tillverkade av biprodukter från petroleumraffineringsprocessen