Un nanogenerador triboeléctrico (TENG) es un dispositivo de recolección de energía que convierte la energía mecánica en electricidad a través de la separación por contacto o movimientos de deslizamiento relativos de dos materiales tribopolares opuestos. Investigadores de la Universidad de Inha informaron previamente sobre el primer ejemplo de TENG basado en polímeros de azufre. La superficie de la película de copolímero de azufre se fluoró directamente con gas de flúor tóxico para mejorar el rendimiento de TENG.

El azufre y el flúor tienen una mayor afinidad electrónica (EA) de –200 kJ/mol y –322 kJ/mol, respectivamente, en comparación con la AE del carbono (–122 kJ/mol). La película de copolímero de azufre fluorado puede lograr un aumento de voltaje y corriente de seis y tres veces en comparación con el politetrafluoroetileno (PTFE), el material negativo convencional actual. Además, el azufre elemental es un subproducto de la refinación del petróleo; por lo tanto, el azufre de alta pureza está disponible comercialmente a bajo costo. Sin embargo, para garantizar la seguridad operativa de esta técnica en aplicaciones industriales prácticas, es necesario diseñar sistemas de tratamiento de residuos, así como métodos para la recuperación del gas tóxico de flúor.

Con el fin de superar estas limitaciones, los investigadores informaron recientemente una ruta fácil y libre de flúor tóxico para la síntesis de mezclas de polímeros triboeléctricos extremadamente negativos que comprenden un polímero rico en flúor (poli(pentafluoroestireno), PPFS) y una columna vertebral de azufre. polímero a base de En este método, las moléculas de PPFS se separaron en fases en la interfaz de aire mediante prensado en caliente, lo que resultó en una recolección de energía triboeléctrica altamente eficiente. A pesar del bajo valor de carga (7,5% en peso) de PPFS, su cobertura superficial superó el 90% debido a la separación de fases en la película de mezcla inducida por la alta diferenciación de las energías superficiales entre el copolímero de azufre y el PPFS.

La localización de cantidades sustanciales de flúor en las superficies de la película proporcionó mezclas de polímeros con propiedades triboeléctricas extremadamente negativas. Los rendimientos triboeléctricos de las películas de mezcla de polímeros en el estudio fueron significativamente superiores a los de los polímeros convencionales basados ​​en un esqueleto de carbono. El TENG basado en una mezcla de polímeros presentó un rendimiento estable a largo plazo de ~ 26 h y salidas de voltaje y corriente mejoradas que fueron 8 veces y 9 veces más altas, respectivamente, que las de un TENG basado en PTFE. Finalmente, los investigadores demostraron la capacidad de un TENG basado en una película de 4 pulgadas para encender 400 LED azules conectados en serie de 3,3 V mediante la película de mezcla de polímeros con un voltaje de circuito abierto triboeléctrico de ~1360 V.

A través de este trabajo, la estrategia de separación de fases de los polímeros ricos en flúor de los polímeros de azufre proporcionará información para la investigación tanto en el mundo académico como en la industria para lograr una recolección de energía triboeléctrica escalable, de bajo costo, ecológica y de alto rendimiento.

La investigación fue publicada en Nano Energy . + Explora más

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