成果一：基于波浪振幅放大器的四螺旋结构摩擦纳米发电机

将波浪能TENG部署在水面及水面以下，是收集波浪能的常规方法。然而，这种方法将TENG的振幅限制为水波的振幅，且布局区域也被限制在海洋浅表层，影响实际海上输出。此外，在以往结构设计中，TENG的组成材料除了必备的摩擦层和电极外，内部还需众多协作单元，如多电极间起连接作用的繁杂的导线、用于产生滞后运动的惯性质量块、起到支撑作用的骨架或电极衬底、储存机械能或用于摩擦层分离的弹性元件等。这些额外单元在增加耗材和制作工序的同时，还增加了器件的质量和平均密度，从而降低了TENG的漂浮能力和海浪响应能力。

为了解决以上问题，我院蓝色能源团队设计了基于波浪振幅放大器的四螺旋结构摩擦纳米发电机（Four-Helix Triboelectric Nanogenerator, FH-TENG），首次提出了在广阔的水面之上布设TENG单元的新方式，这解决了传统波浪能TENG振幅不足的问题，还有效提高了波浪能转换效率。同时，首创的FH-TENG通过特殊图案切割和桥接方式，免去了内部导线、基础骨架、配重等额外耗材需求，简化了制备工艺和耗材，使得其轻量化的设计可有效响应振幅放大器上低扭矩的摆动，高效输出电能。通过理论计算和实验证实了，置于振幅放大器上的FH-TENG比直接漂在水面的TENG振幅可增大76 %以上，电荷量提升了235%。此研究不仅提供了一种波浪能TENG低成本轻量化的雏形，更提出了波浪能TENG向水上布局的先例。

相关研究成果以"Four-Helix Triboelectric Nanogenerator Based on Wave Amplitude Amplifier"为题，发表在国际知名学术期刊《Advanced Energy Materials》（IF=24.4）上，广西大学为第一通讯单位。

论文作者：周炜钰（硕）、庹亮（硕）、唐卫（硕）、文宏桂（博）、陈春金（硕）、宁恒（硕）、龙思宇、万玲玉（通讯作者）、刘官林（通讯作者）、王中林（通讯作者）

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202402781

成果二：随机波浪激励下漂浮式摩擦纳米发电机的结构品质因数

现阶段波浪能和TENG壳体机械能之间的能量转换关系还未有系统的研究。这导致基于现有评价因子设计的TENG在海浪环境中发电单元的摩擦层或接触层难以按照理想状态展开，导致器件可靠性差和电能转换效率低且不稳定的问题。另一方面，评判TENG器件波物耦合适配程度的标准尚未完善。这导致不同形状壳体间的波浪能吸收和转化能力难以比较。因此，有必要基于真实海浪的随机特性，从统计学和能量转化的角度提出量化评估壳体对波浪能吸收能力的结构品质因数。这对设计高效采集波浪能的TENG器件和内部采能方向的选择具有重要意义。为了解决上述问题，本文引入随机波浪理论和谱分析法，从统计学和能量转化的角度出发提出了用于定量评估海上漂浮式摩擦纳米发电机（Flo-TENG）壳体及其对波浪能吸收转化能力的结构品质因数（Q_unit）。并根据海浪周期和波高的作用特性将其分为振幅结构品质因数（Q_acc）以及频率结构品质因数（Q_f）。此外，本文还系统性地研究了各个壳体参数对Q_{unit的影响。通过一系列的研究发现：波浪作用在器件的不同轴向上产生了不同的能量吸收和转化行为，即壳体对能量的吸收和转化具有轴向性；正方形器件的能量吸收主要来自Z向的贡献，四棱台、圆台和半球型器件的能量吸收主要来自三个轴向的共同贡献等。该成果以“Structural Quality Factor of Flo-TENG under Stochastic Wave Excitation”为题发表在学术期刊《Advanced Science》(IF=14.3)上，广西大学为第一通讯单位。}

论文作者：郭东鑫（硕）、陈春金（硕）、李嘉伟（博）、翟丽霞（博）、李松英（硕）、何盛（硕）、冯军瑞（硕）、万玲玉（通讯作者）、刘官林（通讯作者）、翟俊宜（通讯作者）

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202405165

成果三：可采集米级别波浪能的一米摩擦纳米发电机

摩擦纳米发电机（TENG）可有效采集高熵低频波浪能，但传统厘米-分米级别尺寸的TENG难以契合现实海洋环境下米级别尺寸的波长，从而影响其波浪能转换效率。近日，广西大学蓝色能源团队提出并设计了一种米级别的大尺寸摩擦纳米发电机(OM-TENG)。该发电机的尺寸首次达到了一米级别，设计和优化了包括灯笼形叠层TENG单元、滑动模块以及限位器等创新结构，通过这些巧妙设计解决了器件尺寸扩大所带来的一系列问题，并提高其在强风浪环境下的稳定性，从而显著提高了TENG的输出功率。是TENG单周期转移电荷量达到60.82 μC以及摩擦层面积密度达到1.76 cm⁻¹。并且从理论分析、多物理场数值模拟、传感器数据统计、对照组实验测量等方面都证明了，OM-TENG比小尺寸TENG可更好地捕获实际环境下米级别尺寸的波浪，并具备优良的抗倾覆能力。实验上，OM-TENG的摆动倾角、摆动频率、匹配阻抗、定轴旋转角以及运动方向等被深入探究，从而其输出性能得到优化提升，其输出电压和电流最高分别可达584V和444μA，可点亮96个2W功率的小灯泡，并成功驱动无线温湿度计以及商用射频模块，实现了无线信号传输。这项工作印证了OM-TENG作为大尺寸器件在采集实际波浪能上的优势，并为后续大尺寸TENG的设计和制备提供了参考范例。

研究成果以"One Meter Triboelectric Nanogenerator for Efficient Harvesting of Meter-Scale Wave Energy"为题发表于知名Nature Index期刊《Advanced Functional Materials》(IF=18.5) 上，广西大学为第一通讯单位。

论文作者：陈春金（硕），郭东鑫（硕），庹亮（硕），温永盛（硕），李嘉伟（博），瞿航（博），文宏桂（博），万玲玉（通讯作者），刘官林（通讯作者），郭恒宇（通讯作者）

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202406775