自然资源给人们提供的能源是有限的，随着能源的不断被消耗，开发和利用新能源是大势所趋。自然界中存在的风、洋流和海浪是流动的能源，具有巨大的开发的潜力。碳中和背景下，可再生能源装置正朝着小型化、低成本和高转换效率的方向升级。目前，大多数能量采集器使用电磁发生器（EMG），这使得它很难直接采集低频能量。摩擦纳米发电机（TENG）使用交变电场，通过在电极上产生极化电荷来产生感应电流，具有高输出电压，可以与各种类型的商业传感器匹配。因此，TENG很适合作为分布式设备的自供电能源，确保电池寿命长和实时监测。

近日，我实验室海洋可再生能源利用创新团队首席科学家、中山大学马勇教授与团队骨干成员、大连海事大学徐敏义教授合作并提出了一种基于同相位并联的高输出摩擦-电磁复合式发电机（IP-HG）。在该工作中，TENG（摩擦纳米发电机）和EMG（电磁发电机）的输出特性可以有效互补，在广泛的工作频率范围内提供出色的输出。该装置通过将多个TENG与EMG分别并联在同一相位上，可以省去繁琐的整流元件和布线，大大增加装置的能量输出。该项工作系统地研究了IP-HG的输出特性和优势，包括TENG的材料、旋转速度、介电薄膜的组合，以及它们对IP-HG电输出的影响。通过使用全波整流电路，在243rpm的转速下，获得了63mA的短路电流、80V的开路电压和610W/m3的瞬时输出功率密度，可以在0.2秒内将470μF的电容器充电到1V，最大输出效率在189rpm时达到36.162%。此外，IP-HG可以在27rpm的转速下为1个商业传感器和3个5W的直流灯泡持续供电。所报告的IP-HG为混合发电机的发展提供了一种高效和可持续的设计方法。

图1. IP-HG结构示意图，同相位并联单元的数量与Vf/Vs之间的关系以及不同转速下IP-HG的效率

图2. 材料和发电单元数目对TENG发电性能的影响

研究成果于2022年1月在Wiley旗下期刊Advanced Materials Technologies（中科院SCI二区,影响因子7.848）在线发表，题目为“A High Output Triboelectric–Electromagnetic Hybrid Generator Based on In-phase Parallel Connection”。创新团队首席科学家马勇教授为文章的通讯作者，团队骨干成员徐敏义教授为共同通讯作者，博士研究生赵天聪及硕士研究生牛博为文章共同第一作者。

该研究得到了广东省自然资源厅促进经济高质量发展项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费等项目支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.202101485