钛酸钡介电调控提升纸基摩擦纳米发电机输出性能

摩擦纳米发电机作为一种能够将机械能转换为电能的新型能源转换装置,自发明以来便引起了广泛关注,然而其环保性能由于原料来源多为合成高分子材料而受到制约.采用绿色环保的纤维素材料制备摩擦纳米发电机是解决上述问题的重要方式之一.本研究以竹纤维素和钛酸钡(BaTiO_(3))为原料,结合湿法造纸和掺杂改性制备了纤维素/钛酸钡复合纸,并将其作为正极摩擦层构建了纸基摩擦纳米发电机(cellulose/barium titanate-triboelectric nanogenerator,C/BT-TENG).结果表明,BaTiO_(3)的加入显著提升了复合纸的相对介电常数,C/BT-TENG的输出性能随着BaTiO_(3)掺杂量增加而提升,在4%掺杂量时,C/BT-TENG的开路电压和短路电流达到最大值118.5 V和13.51μA,相比纯纤维素纸作为正极摩擦层时,分别提升了51.3%和41.2%.通过模型法分析了介电调控提升C/BT-TENG输出性能的机理.此外,C/BT-TENG具有良好的输出性能和工作稳定性,在负载电阻为5 MΩ时,其获得最大输出功率密度0.36 W/m^(2),表现出良好的应用前景.