基于双相对称降压转换的三元直流摩擦纳米发电机输出性能优化研究

来自国内的研究人员针对恒定直流摩擦纳米发电机（C-DC-TENGs）输出性能不稳定等问题，开发了一种基于双相对称降压转换器（DSSC）的新型电源管理电路（PMC）。该研究使三元DC-TENGs（T-DC-TENGs）的输出电荷密度提升6.6倍（达4.8 mC m?2 per cycle），平均功率密度提高1.7倍（4.94 W m?2 Hz?1），阻抗降至10 MΩ，并成功驱动多种电子设备，显著推进了自供电系统的实际应用。

　　

为实现恒定直流摩擦纳米发电机（Constant Direct Current Triboelectric Nanogenerators, C-DC-TENGs）在实际应用中的高效稳定输出，研究人员针对三元直流摩擦纳米发电机（Ternary DC-TENGs, T-DC-TENGs）存在的输出电荷阈值高、内阻大及电压不可控等瓶颈，提出了一种基于双相对称降压转换器（Dual-Phase Symmetric Step-Down Converter, DSSC）与协同开关结合的新型电源管理电路（Power Management Circuit, PMC），命名为DSSC-TENG。

在转速为120 rpm的T-DC-TENG运行条件下，该策略显著提升了性能：单周期输出电荷密度达到4.8 mC m^?2，增长6.6倍；平均功率密度提高至4.94 W m^?2 Hz^?1，增幅1.7倍；同时输出阻抗降低至10 MΩ，创下三元结构TENG中的新纪录。经傅里叶分析验证，PMC使交流/直流成分比例从0.6%降至0.05%，输出电压下降54.7%，稳定性显著增强。

该DSSC-TENG无需预充电电容即可直接为计算器、手表、2400个LED灯及并联的10 W灯泡等多种电子设备供电。在降解甲基橙实验中，使用DSSC的系统其降解率比未使用时提高67.2%。本研究首次为C-DC-TENG设计了专用电源管理电路，大幅推动自供电系统在实际场景中的应用进程。