走路即可供电，摩擦纳米发电机研究突破或带动新时代能源变革( 五 ) 随着通讯、互联网等技术的发

1.界面润滑
即选择合适的润滑油来提高它的服役寿命，同时通过润滑油来降低界面击穿，减少电荷损失。
从下图的实验结果可以看到，使用合适的润滑油后，在滑动50万次后， TENG仍然具有较稳定的输出，输出率达到86% ，且材料的磨损也比较低；没有使用润滑油的TENG ，其输出很快就降到了10%以下。

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图丨使用润滑油延长服役寿命（来源：王杰，络绎知图整理）
选择合适的润滑油，不仅可以起到润滑作用，还可以减少空气击穿，减少内部电荷的损失。因此，界面润滑的方式能提升AC/DC-TENG两种摩擦纳米发电机的输出性能，是一个通用的方法。
2.改用接触分离式
通过结构设计，将滑动式旋转摩擦纳米发电机改为接触分离式的旋转摩擦纳米发电机，可以提升循环寿命。目前通过实验测得接触-分离模式最高的循环次数是4000万次，具有较高的稳定输出。
由于旋转接触分离式自带相位差，脉冲峰有相位差，叠加后会降低波峰比。因此改用接触分离式不仅可以提高寿命，还可以降低波峰比。

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图丨接触分离式工作原理（来源：王杰，络绎知图整理）
3.优化材料和结构
改用耐磨的材料及增加材料的弹性，让其自适应地接触。王杰团队以高铁为目标应用场景进行了相关研究。因为高铁在行驶过程中会产生巨大的风场，这样就可以利用行驶中的高铁产生的风能进行发电。

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图丨设置在高铁轨道旁的ER-TENG（来源：王杰，络绎知图整理）
通过实验，可以看到驱动扭矩减小一半，能量收集效率提高一倍， TENG的耐久性得到了显著提升。自适应接触和材料优化，可以提高TENG的循环寿命，也可以运用到其他的领域。

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图丨材料优化后TENG的电荷密度（来源：王杰，络绎知图整理）
四、双电容增强摩擦纳米发电机(DCE-TENG)实现超耐磨和耐湿
TENG在规模化应用前，主要有三个瓶颈：第一个是功率密度（功率密度和电荷密度的平方成正比），第二个是寿命，第三个则是耐湿性。
DCE-TENG可以同时解决寿命和耐湿问题，其原理与之前的TENG又有什么不同呢？
DCE-TENG中，设置有两个电容，一个是固定电容，另一个是不接触的可变电容。 DCE-TENG产生的电流会先存储在固定电容里，随着可变电容容量的变化，电流会在固定电容和可变电容之间来回流动，由此对外供能。由于这里只需要TENG产生的微小电能来维持双电容系统的漏电流，就降低了对TENG本身的输出性能需求。

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图丨TENG和DCE-TENG工作原理对比（来源：王杰，络绎知图整理）
双电容系统中是没有磨损的，因此它的寿命和稳定性都比较高。此外，双电容系统的对外输出只受到固定电容所存的电量和可变电容的容量的影响，几乎不受到环境湿度的影响，在相对湿度达到90%时，也会有90%以上的输出，因此具有耐高湿的优势。

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图丨DCE-TENG耐高湿、耐磨损性能（来源：王杰，络绎知图整理）
在提升DCE-TENG的功率方面，可以通过结构设计来实现，比如在收集风能的系统中，可以收集风能来驱动主TENG缓慢地转动，通过变速齿轮组让可变电容进行高速旋转，以此提高输出的频率，从而提升输出功率。