Un nanogénérateur triboélectrique (TENG) est un dispositif de récupération d'énergie qui convertit l'énergie mécanique en électricité par séparation de contact ou mouvements de glissement relatifs de deux matériaux tribopolaires opposés. Des chercheurs de l'Université d'Inha ont précédemment rapporté le premier exemple de TENG à base de polymère à base de soufre. La surface du film de copolymère de soufre a été directement fluorée à l'aide de gaz de fluor toxique pour améliorer les performances du TENG.

Le soufre et le fluor ont une affinité électronique (EA) plus élevée de -200 kJ/mol et -322 kJ/mol, respectivement par rapport à l'EA du carbone (-122 kJ/mol). Le film de copolymère de soufre fluoré peut atteindre une augmentation de tension et de courant multipliée par six et trois par rapport au polytétrafluoroéthylène (PTFE), le matériau négatif conventionnel actuel. De plus, le soufre élémentaire est un sous-produit du raffinage du pétrole; par conséquent, le soufre de haute pureté est disponible dans le commerce à faible coût. Cependant, pour assurer la sécurité de fonctionnement de cette technique dans les applications industrielles pratiques, il est nécessaire de concevoir des systèmes de traitement des déchets ainsi que des méthodes de récupération du gaz fluoré toxique.

Afin de surmonter ces limitations, des chercheurs ont récemment rapporté une voie facile et sans fluor gazeux toxique pour la synthèse de mélanges de polymères triboélectriques extrêmement négatifs comprenant un polymère riche en fluor (poly(pentafluoro styrène), PPFS) et un squelette soufré. à base de polymère. Dans cette méthode, les molécules PPFS ont été séparées en phase sur l'interface air par pressage à chaud, ce qui a entraîné une récupération d'énergie triboélectrique très efficace. Malgré la faible valeur de charge (7,5 % en poids) du PPFS, sa couverture de surface dépassait 90 % en raison de la séparation de phase dans le film de mélange induite par une forte différenciation des énergies de surface entre le copolymère de soufre et le PPFS.

La localisation de quantités substantielles de fluor sur les surfaces du film a donné aux mélanges de polymères des propriétés triboélectriques extrêmement négatives. Les performances triboélectriques des films de mélange de polymères de l'étude étaient nettement supérieures à celles des polymères conventionnels à base de squelette de carbone. Le TENG à base de mélange de polymères a présenté des performances stables à long terme d'environ 26 h et des sorties de tension et de courant améliorées qui étaient respectivement 8 fois et 9 fois plus élevées que celles d'un TENG à base de PTFE. Enfin, les chercheurs ont démontré la capacité d'un TENG à base de film de 4 pouces à alimenter 400 LED bleues connectées en série de 3,3 V par le film de mélange de polymères avec une tension triboélectrique en circuit ouvert d'environ 1 360 V.

Grâce à ce travail, la stratégie de séparation de phases des polymères riches en fluor des polymères soufrés fournira des informations pour la recherche dans les universités et l'industrie afin d'obtenir une récupération d'énergie triboélectrique évolutive, peu coûteuse, écologique et performante.

La recherche a été publiée dans Nano Energy . + Explorer plus loin

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