近日，我院吴昊教授团队在波浪能量采集研究领域取得新进展，相关成果以“Omnidirectional Water Wave Energy Harvesting by Spherical Triboelectric Nanogenerator with Sliced Pizza-shaped Electrodes”为题发表在Cell子刊Cell Reports Physical Science上。我院博士研究生洪泓鑫为文章第一作者，我院本科生陈天乐和电子信息学院本科生杨健俊为并列第一作者，吴昊教授为该文章通讯作者。华南理工大学为第一作者单位。 

面对日益严峻的能源危机和环境污染问题，开发清洁且可再生的能源利用技术以及探索新的能源来源至关重要。海洋覆盖了地球表面的约70%，含有大量尚未开发的波浪动能。然而，尽管波浪能采集技术的研究已有半个世纪，由于波浪运动的低频和不规律特性，其有效利用仍面临巨大挑战。

过去十年，摩擦电纳米发电（TENG）因在采集环境机械能，特别是波浪能采集方面的潜力而被广泛研究。与传统的电磁发电机（EMG）相比，TENG在将低频动能转换为电能时效率更高。利用其高灵活性和低成本等优势，人们设计了各种用于波浪能收集的TENG结构。尽管取得了很多进展，但有效地从各个方向收集波浪能仍然是一个重大挑战。许多TENG器件为了追求多方向波浪能收集而不得不牺牲器件内部的可用空间和摩擦面积，最终限制了器件的总体效率。

为此，论文提出了一种用于全方向波浪能收集的球形摩擦纳米发电机（SP-TENG），其具有多层“切片披萨形”电极，可以高效地从所有方向收集波浪能。对角方向的扇形部分构成了TENG单元，无论触发方向如何，所有TENG单元都同时工作，形成合并输出。此外，该器件采用薄的聚丙烯纤维作为摩擦层材料，以提高摩擦层与摩擦球之间的接触效率，从而进一步增强电荷输出。通过充分利用SP-TENG球体内的可用空间和摩擦表面，可实现最大化的电能输出。在0.6 Hz的超低频率下，该器件在任何方向触发下均可实现约2.4 mC/m³的体积电荷输出，峰值功率输出达到13 W/m³，该结果为现有全方向波浪能量收集器件输出报道的最高值。该器件可以在真实波浪环境下点亮500个LED灯，以及驱动用于监测温度和湿度的无线传感系统。

值得一提的是，多名本科学生参与了该项目的研究，并作为文章作者共同发表成果。其中陈天乐、胡译文、胡晋腾、刘发荣是以吴昊教授作为学术导师指导的本科学生。该成果是我院本科生导师制的成功实践，是我院全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，充分发挥教师在立德树人、学业引导、科研指导、创新创业引领等人才培养上的重要作用，合力培养三创型人才，打造完善的全员、全方位、全过程的育人体系的体现。

期刊简介：Cell Reports Physical Science是Cell Press出版集团推出的高影响力综合期刊，旨在发表物理、化学、能源科学、材料科学以及交叉学科领域中的重大研究进展。

文章链接：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(24)00182-6

（图文/吴昊团队）