三维分形结构纳米发电机

电荷密度刷新纪录

通过收集空间分布的麦克斯韦位移电流，大幅提升电学能量密度，区别于传统表面电荷有限的纳米发电机。

Zhang, Li'Ang · Shuhai, Liu · Wen, Juan · Huo, Xiaoqing · Cheng, Bolang · 吴治峄 · 王隆飞 · 71045587 · 王中林

Energy and Environmental Sciences 2023

参数信息

输出电荷密度

8 mC m⁻²

功率密度

2.18 MW m⁻²

能量密度

0.39 J m⁻² cycle⁻¹

技术优势

电荷密度破纪录

通过收集空间分布的位移电流，突破了表面电荷密度的限制，输出电荷密度达到 8 mC m⁻²。

能量密度高两个量级

能量密度达到 0.39 J m⁻² cycle⁻¹，远超传统 TENG 的典型值。

可扩展优化

通过优化分形单元，电输出性能可以进一步提升。

等效电路模型

建立了与 FSNG 功能相同的等效分形电路模型，便于理解和设计。

应用场景

• 分布式能量收集：高效收集低频不规则机械能，为分布式传感器供电。
• 自供电传感：利用高输出电荷密度实现无需外部电源的自供电传感器。
• 物联网器件供电：为物联网节点提供足够高的功率密度，替代电池或延长续航。