近日，我院硕士研究生顾豪杰同学在周晓峰副教授指导下将体效应首次应用于固液界面波浪能采集转换。在分析比较传统摩擦纳米发电机在波浪能采集所面临的瓶颈后，通过将液滴发电机中的体效应引入到波浪能采集，显著提高了基于固液界面的波浪能采集器件的输出性能。通过设计布置外部3D电极将体效应引入波浪能采集中，能量采集器件可以得到42 V的开路电压和4 mA的短路电流的输出。同时，3D电极的引入也促进了器件阵列化研究，阵列化后的波浪能采集发电机可以达到11.7 W/m2功率密度的输出能力。
该成果在线发表于纳米能源类顶级期刊《Nano Energy》(IF：16.6)上，硕士研究生顾豪杰同学为论文第一作者，周晓峰副教授与香港城市大学王钻开教授为论文共同通讯作者，华东师大学通信与电子工程学院为论文第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、上海市自然科学基金面上项目等的资助。
水能的开发和利用一直是能源领域的重要研究方向之一。近几年来，基于不同形式的水能量的收集取得了极大的发展。通过摩擦纳米发电机(TENG)收集界面能量并转换为电能，在固液界面能量收集方面已得到了广泛深入的研究。但是，固液界面中固有的表面效应很大程度限制了TENG的电能输出能力。2020年，在香港城市大学王钻开教授等的领导下，我院周晓峰副教授与其研究团队合作提出了一种类晶体管结构的液滴发电机，通过体效应（Bulk Effect）的方式采集液滴的动能并转化为电能。体效应的引入使得液滴发电机的输出性能得到了显著提高, 水能量的收集转换得到了明显增强 (Nature 578, 392–396, 2020)。随后，周晓峰副教授与王钻开教授以体效应为核心，设计了一种体效应水柱发电机(VEEG), 通过收集水柱下落动能，实现了高功率密度输出 (Nano Energy, 2020, 73,104748)；设计了一种普适性的单电极液滴发电机(SEDEG)，可以实现任意表面的水动能收集 (Nano Energy, 2021, 82, 105735)，取得了一系列的创新性研究成果。
图1 基于体效应的固液界面发电机的结构示意图
图2 输出特性图
