Nano Energy:一种用于校准摩擦纳米发电机电压测量的通用电荷补偿策略
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摩擦电纳米发电机（TENG）可以从周围环境中收集各种机械能，例如风，水流，机械振动，人体运动等，并将它们有效地转换为电能。TENG具有结构简单，成本低，材料来源广泛，低频时能量转换效率高等优点。TENG的工作机理是基于接触带电和静电感应效应的耦合，其原理可以追溯到麦克斯韦的位移电流。当两个摩擦层被机械力分开时，通过静电感应效应将在摩擦层背面的电极上产生电势差。在短路状态下，电势差驱动电荷在两个电极之间流动，直到电势差降至零为止。但是，在理想的开路状态下，在电极上不会进行任何电荷转移。如果在电压测量过程中发生电荷转移，则测得的电压值将低于实际电压值。因此，避免在两个电极上的电荷转移是准确测量TENG电压的关键。基于这一原理，河南大学杜祖亮和程纲教授等人通过电容测量电路的分析，提出了一种通用的电荷补偿策略，用于校准TENG的电压测量。
文章要点
1）开发了固定电容导数（FCD）和可变电容拟合（VCF）两种方法来校准TENG的开路电压（Voc），并分别给出了Voc的校准公式。
2）以滑动自立式摩擦电层模式TENG为例，使用上述两种方法来校准实际的Voc。测量结果与没有电容测量电路的电流表测得的结果一致，验证了电荷补偿策略的有效性。
3）对于TENG其他三个基本工作模式，通过FCD方法校准了测得的Voc，这说明了电荷补偿策略的普遍性。
4）通过包括电压表内部电容的等效阻抗来校准TENG的输出电压和负载阻抗之间的关系，上述TENG电压的电荷补偿策略对建立TENG输出性能综合评估系统具有重要的理论和应用意义。
参考文献
Wenhe Zhang ,et al. A General Charge Compensation Strategy for Calibrating the Voltage of a Triboelectric Nanogenerator Measured by a Capacitive Circuit. Nano Energy. 2021
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106056
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106056