武科大网讯 近日，美高梅集团机械学院朱建阳教授团队在微纳能源和流体能量捕获研究领域取得系列重要进展，与中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、程廷海研究员等学者合作的系列研究成果分别在能源领域国际顶级学术期刊《Nano Research》、《Advanced Energy Materials》和《Applied Energy》上发表。
自然环境中的微纳能源（包括风能和水流能）有着分布广、总量巨大的特点，但由于其无序、低品质的状态，如何对其有效收集利用仍是亟待解决的问题。基于摩擦起电和静电感应耦合效应的摩擦纳米发电机（TENG）在收集低频能量领域有着独特的优势。因此本团队研究了一系列基于TENG的流体动能收集装置，通过计算流体力学方法提升叶片的能量捕获性能，实现了低速风能和水流能的有效收集。
针对城市复杂风场中风能俘获困难的问题，团队提出了一种带有摆动叶片结构的摩擦-电磁复合发电机（SBS-TEHG），通过切换其工作模式实现对城市间断风能和连续风能的有效收集。采用计算流体力学方法对SBS-TEHG进行结构优化，以提高其气动性能。本研究提出的SBS-TEHG在城市物联网传感器的供电方面具有良好的应用前景，为城市复杂风场中风能俘获提供了新的解决思路。该成果以“Triboelectric-electromagnetic hybrid generator with swing-blade structures for effectively harvesting distributed wind energy in urban environments”为题发表于国际知名期刊《Nano Research》（IF=9.9）。美高梅集团硕士生闫阳阳为第一作者，美高梅mgm集团2288为第一单位，王中林院士、程廷海研究员和朱建阳教授为共同通讯作者。
针对宽频无序风能俘获困难的问题，团队提出了一种通过仿生叶片升阻结合策略提升空气动力学性能的摩擦-电磁复合发电机(HT-TEHG)，通过升阻结合型风机的耦合和TENG的分级发电，实现对宽频风能的有效收集。演示了在室外自然风驱动下为小型无线气象站供电。本研究提出的HT-TEHG在物联网小型设备的供电方面具有良好的应用前景，并且为俘获宽频风能提供了新的解决思路。该成果以“Bionic Blade Lift-Drag Combination Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Generator with Enhanced Aerodynamic Performance for Wind Energy Harvesting”为题发表于能源领域国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》（IF=27.8）。美高梅集团博士生朱名康为第一作者，朱建阳教授为共同第一作者，王中林院士、程廷海研究员为共同通讯作者。
针对低速水流能俘获困难的问题，团队提出了一种萨伏纽斯扑翼式摩擦-电磁复合发电机（SFW-TEHG），利用萨伏纽斯扑翼低启动流速和高升力的优点，通过萨伏纽斯扑翼的往复扑动实现对低速水流能量的有效收集。搭建了自供能无线传感系统，通过SFW-TEHG为该系统供电，实现对温度、光照强度等环境参数的无源监测。本研究提出的SFW-TEHG在为物联网小型传感器供电方面有良好的应用前景，并为低速水流能俘获提供了新的解决方案。该成果以“Triboelectric-electromagnetic hybrid generator with Savonius flapping wing for low-velocity water flow energy harvesting”为题发表于能源领域国际顶级期刊《Applied Energy》（IF=11.4）。美高梅集团博士生张加诚为第一作者，美高梅mgm集团2288为第一单位，王中林院士、程廷海研究员和朱建阳教授为共同通讯作者，蒋林教授为论文共同作者。
上述系列研究工作得到了国家自然科学基金项目（51975429）资助。（机械学院）
论文信息：
[1] Yan, Y., Zhu, J., Zhang, Y., Wang Z., Jiang Lin., Z. L. Wang, Zhu J., Cheng T. Triboelectric-electromagnetic hybrid generator with swing-blade structures for effectively harvesting distributed wind energy in urban environments. Nano Res. 2023,16, 11621–11629. https://doi.org/10.1007/s12274-023-5691-1
[2] M. Zhu, Y. Yu, J. Zhu, et al. Bionic Blade Lift-Drag Combination Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Generator with Enhanced Aerodynamic Performance for Wind Energy Harvesting. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2303119. https://doi.org/10.1002/aenm.202303119
[3] J. Zhang, Y. Yu, H. Li, M. Zhu, S. Zhang, C. Gu, L. Jiang, Z. L. Wang, J. Zhu, T. Cheng, Triboelectric-electromagnetic hybrid generator with Savonius flapping wing for low-velocity water flow energy harvesting, Applied Energy, 2024,357,122512. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122512.
