近日，理学院刘文林教授团队在能源环境领域权威期刊《Energy & Environmental Science》（影响因子30.5）上发表了题为“Stacked direct-current triboelectric nanogenerators based on volume discharge and in situ superposition for enhanced volume power density”的研究论文。理学院博士研究生唐瑞杰和胡煜杰为共同第一作者，理学院王曌教授、刘文林教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士为共同通讯作者。

图1. 堆叠式直流摩擦纳米发电机的结构

堆叠集成对于构建高性能摩擦纳米发电机（TENG）以实现大规模能量收集和广泛应用至关重要。然而，由于直流TENGs（DC-TENGs）固有的结构限制，将叠层这一有效策略应用于DC-TENG长期面临诸多挑战。本文介绍了一种通过协同策略实现的增强型堆叠式DC-TENG（ESD-TENG）。该ESD-TENG由可插入式定子和超薄转子构成，定子采用径向纤维作为摩擦材料，结合金属柔性线电极，这种独特的组合可以通过丰富的体积放电通道显著提升空气放电效率，并通过软接触减少磨损。超薄转子最大限度地利用了三维空间，并成功实现了堆叠。此外，器件引入双多隙体结构设计，通过摩擦电荷的原位叠加机制实现了超高输出。得益于上述设计，ESD-TENG在堆叠能力、输出性能和稳定性方面实现了三重突破，在27.3 mm高度内实现16层堆叠，体积电荷密度高达127.75 mC·m-3，平均功率密度高达523.5 W·m-3·Hz-1，展现出优异的耐久性。由于ESD-TENG优异的直流性能，20个长度为0.6 m的商用LEDs可以直接点亮。搭配能量管理电路后，ESD-TENG可以持续驱动54个无线温湿度传感器，还可以同时驱动紫外灯和高压电网以实现高效蚊虫诱捕和灭杀。这项工作为高性能叠层DC-TENG提供了全新的设计理念，为TENG在自驱动农业领域的应用奠定了关键基础。这也是我校首次以第一通讯单位在《Energy & Environmental Science》上发表研究工作。

该研究得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、西北农林科技大学引进人才项目和西北农林科技大学博士研究生自主创新研究项目等的支持。

论文信息：Ruijie Tang, Yujie Hu, Ke Li, et al. Stacked direct-current triboelectric nanogenerators based on volume discharge and in situ superposition for enhanced volume power density.Energy Environ. Sci. (2026).

DOI链接：https://doi.org/10.1039/d6ee04690h