近日，北京工业大学材料学院、新型功能材料教育部重点实验室侯育冬教授团队，成功开发出一种具有优异发电特性和长时间服役稳定性的悬臂梁式柔性压电能量收集器。相关研究成果发表于能源领域著名学术刊物Nano Energy（IF=13.14）上。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518305676
随着各类小型电子设备以及物联网的快速发展，迫切需要开发高性能、轻量化，可持续性强的能量供应器件。在目前各种形式的能量收集器中，柔性压电能量收集器依托优异的力学性能，良好的环境适应性以及突出的能量收集性能有望集成于个人电子设备以及无线传感器中，持续进行能量供应。如何基于填料设计与结构优化在提升柔性压电能量收集器发电功率的同时，保持长时间的工作稳定性是本方向的研究难点。
最近，侯育冬教授团队率先开发出一种具有优异服役特性的极性纳米棒填料织构化柔性压电复合材料。在能量收集材料设计理论指导下，以熔盐化学合成的具有单轴强极性的BaTi2O5纳米棒为填料，聚偏氟乙烯PVDF为基体，通过热压取向工艺将BaTi2O5纳米棒定向排列于聚合物基体中，构建出具有高换能系数的织构化柔性BaTi2O5/PVDF压电复合材料。
研究发现，以该材料制作的悬臂梁式柔性压电能量收集器，在严苛的振动条件下（10g加速度）表现出高能量密度27.4 μW/cm3。更为重要的是，即使经过长时间的振动周期循环（~330,000），柔性压电能量收集器仍能保持其发电特性而不劣化。
此外，将BaTi2O5/PVDF基悬臂梁式柔性压电能量收集器安装在自行车上，可实现车载传感器的自供电，表明其在实际环境中将低频振动能转化为电能的优异能量收集性能。
该研究为能量收集器及相关新能源材料设计提供了新的发展方向与思路，显示了在柔性化、微型化电子装备应用中的独特优势和巨大应用潜力。材料学院博士研究生付靖为第一作者，侯育冬教授为通讯作者。上述研究工作得到国家自然科学基金、北京市高水平创新团队建设计划和教育部重点实验室开放基金等项目的资助。