近日，浙江师范大学工学院鄂世举教授课题组在国际工程技术领域顶级期刊Advanced Science（《先进科学》，IF=16.806）上发表研究论文High-Performance Dielectric Elastomer Nanogenerator for Efficient Energy Harvesting and Sensing via Alternative Current Method。课题组徐子盛博士为第一作者，浙江师范大学鄂世举教授、武汉大学刘抗教授和中科院纳米能源所王中林教授为共同通讯作者，浙江师范大学为第一单位。
本课题组提出了一种基于智能材料的无源交流模式的介电弹性体发电机。该发电机由三个模块组成：驻极体静电电压源（EEVS）、电荷泵浦电路(P-circuit)和介电弹性体电容器（DEC）。其中，EEVS借助中间层柔性驻极体材料为发电机提供初始电荷；P-circuit由自偏置电路和稳压电路构成，可在高/低电容两个状态间进行切换。在外力拉伸下，DEC的变形使其电容发生变化，输出电压随之变化；当DEC的电压高于P-circuit内部串联模式的电压时，DEC向P-circuit发送电荷；当DEC的电压低于P-circuit内部电容的并联模式的电压时，P-Circuit向DEC发送电荷。则在外力循环拉伸下，发电机内部电荷往复于DEC和P-Circuit之间的负载，实现交流输出。同时，基于电容串/并联模式的切换，正负电荷不断分离，实现发电机输出电压的提升。通过优化结构参数归一化到介电弹性体薄膜，该发电机单次循环的输出能量密度可达140 mJ/g。当归一化介电弹性体发电机的初始面积时，另一关键指标电荷密度达到26 mC/m2，是现有摩擦纳米发电机的3倍；体积电荷密度达到2.5×108 mC/m3，是现有摩擦纳米发电机的2个数量级。基于该发电机设计了一种波浪能收集装置，实现了波浪能到电能的转换，并将无线远程温度检测系统集成到该装置中，构造了一种自供电无线远程温度检测系统，进行了应用性示范。
鄂世举教授课题组针对该领域的研究始于2007年，目前获得5项国家自然科学基金及5项省部级项目支持。经过近15年持续、系统性研究，全面掌握了新型智能材料—介电弹性体发电的基础理论、关键技术及其研究方法，目前处于应用研究阶段。后期将通过应用示范研究加快推进该技术在收集人体运动能为可穿戴设备供电、以及风能和波浪能收集等分布式可再生能源发电领域的应用。
来源：浙江师范大学
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201098
