セルロースIIエアロゲルベースのトライボエレクトリックナノジェネレータ

Cellulose II Aerogel-Based Triboelectric Nanogenerator.

• Lei Zhang
• Yang Liao
• Yi-Cheng Wang
• Steven Zhang
• Weiqing Yang
• Xuejun Pan
• Zhong Lin Wang

抄録

セルロースベースのトライボエレクトリックナノジェネレータ(TENGs)が注目を集めている。本研究では、セルロースベースのエアロゲルを合成するための新規な方法を実証し、そのようなエアロゲルは、機械的エネルギーハーベスタやセルフパワーセンサーとして機能することができるTENGを作製するために使用されます。セルロースIIエアロゲルは、緑色の無機溶融塩水和物溶媒（臭化リチウム三水和物）での溶解再生プロセスを介して製造されています。このセルロースIIエアロゲルは、相互に連結されたオープンポアの3次元ネットワーク構造を示し、より高い柔軟性、高い空隙率、221.3 m gの高い表面積を有している。他の天然多糖類、すなわちキトサンとアルギン酸とのブレンドにより、電子供与基と電子吸引基が複合セルロースIIエアロゲルに導入され、TENGのトライボエレクトリック性能が大幅に向上します。セルロースIIエアロゲルベースのTENGは、発光ダイオードの点灯、商用コンデンサーの充電、電卓への電力供給、人間の動きのモニターなどに応用できることが実証された。本研究では、セルロースIIエアロゲルの簡単な作製とTENGへの応用を実証し、高性能で環境に優しいエネルギーハーベスティングとセルフパワーシステムを実現しました。

Cellulose-based triboelectric nanogenerators (TENGs) have gained increasing attention. In this study, a novel method is demonstrated to synthesize cellulose-based aerogels and such aerogels are used to fabricate TENGs that can serve as mechanical energy harvesters and self-powered sensors. The cellulose II aerogel is fabricated via a dissolution-regeneration process in a green inorganic molten salt hydrate solvent (lithium bromide trihydrate), where. The as-fabricated cellulose II aerogel exhibits an interconnected open-pore 3D network structure, higher degree of flexibility, high porosity, and a high surface area of 221.3 m g. Given its architectural merits, the cellulose II aerogel-based TENG presents an excellent mechanical response sensitivity and high electrical output performance. By blending with other natural polysaccharides, i.e., chitosan and alginic acid, electron-donating and electron-withdrawing groups are introduced into the composite cellulose II aerogels, which significantly improves the triboelectric performance of the TENG. The cellulose II aerogel-based TENG is demonstrated to light up light-emitting diodes, charge commercial capacitors, power a calculator, and monitor human motions. This study demonstrates the facile fabrication of cellulose II aerogel and its application in TENG, which leads to a high-performance and eco-friendly energy harvesting and self-powered system.

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