王啟曼 ,李文豪 ,郭家瑋 ,王 堃 ,吳朝興,3

(1.福州大學 先進制造學院,福建 泉州 362251;2.福州大學 物理與信息工程學院,福建 福州 350108;3.中國福建光電信息科學與技術(shù)創(chuàng)新實驗室(閩都創(chuàng)新實驗室),福建 福州 350108)

合理使用資源和保護自然環(huán)境有利于環(huán)境友好型社會的建立。然而,人們對化石燃料的過度消耗,帶來了能源短缺和環(huán)境污染[1-3],這使得探尋新型綠色環(huán)保能源成為迫切需求。自然界中蘊藏著豐富的機械能,如行走的動物、落下的樹葉、風吹動的花草等。人體也會產(chǎn)生許多機械能,例如,心臟輸出功率為1.4 W[4]。2012 年王中林教授首次提出并研發(fā)摩擦納米發(fā)電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)新能源技術(shù)[5]。TENG 技術(shù)的一個重要應用是將生活中各種微小、無規(guī)律的機械能有效地轉(zhuǎn)化為電能。TENG 是繼電磁感應式[6]、壓電式[7]、靜電式[8]機械能裝置后全新的一種能量轉(zhuǎn)換器件,為機械能的高效使用帶來新契機。眾多機械能中,風能具有獨特的優(yōu)勢,其分布廣泛、風速范圍大、不受晝夜變化和氣象條件影響,是一種理想的自然環(huán)境能量。除此之外,風能蘊量巨大,每年地球上可用來發(fā)電的風力資源約為1300 億千瓦,幾乎是當今全世界水力發(fā)電量的10 倍[9-10]。因此TENG 收集風能依然有著廣闊的應用前景,如圖1所示。

圖1 風能收集型TENG 應用概況Fig.1 Applications of TENG for wind energy harvesting

風能收集型TENG 的研究主要包括器件結(jié)構(gòu)設計、材料處理、電源管理等。結(jié)構(gòu)設計決定TENG 能否高效地將風能轉(zhuǎn)化為摩擦層間的相對運動,直接影響器件的性能。為改善TENG 輸出性能,通常利用物理、化學方法修飾材料,進而增強材料表面粗糙程度以及接觸起電能力。同時由于TENG 高電壓、低電流和高輸出阻抗特性,需要通過電源管理電路提高能量轉(zhuǎn)換效率[11]。本文主要從風能收集型TENG 的結(jié)構(gòu)、材料和電源管理三方面進行了歸納和總結(jié),并對其未來的應用和發(fā)展進行了展望。

1 TENG 的基礎(chǔ)理論

1.1 工作原理

通過TENG 實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)換需要兩個重要物理過程的參與,即接觸起電和靜電感應[12]。兩種不同材料相接觸時,由于接觸起電效應,材料表面將攜帶極性相反電荷。在外力作用下兩種材料分開時,相對應的電極將產(chǎn)生感應電勢差,該感應電勢差將驅(qū)動電子通過外電路在兩電極間移動以平衡電勢差,從而形成流過負載的電流。當在外力作用下兩種摩擦材料再次接觸時,電子在外部電路反向移動,形成反向電流。上述過程不斷循環(huán),從而實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)換。

1.2 工作模式

TENG 按照工作模式分類,有垂直接觸-分離式、水平滑動式、單電極式和獨立層式[13]。垂直接觸-分離式是TENG 最基礎(chǔ)的工作模式[14-15]。如圖2(a)所示,受外力作用時,上下兩介電層在垂直方向上接觸分離,導致兩電極間產(chǎn)生感應電勢差,電子在兩電極間移動以平衡電勢差。水平滑動式與垂直接觸-分離式結(jié)構(gòu)相似,主要區(qū)別在于運動方向不同[16-17]。如圖2(b)所示,兩介電層沿水平方向持續(xù)發(fā)生相對滑動時,電子在外部電路移動以抵消電勢差。單電極式是在前兩種工作模式的基礎(chǔ)上設計的,僅底部有電極,并且直接接地,如圖2(c)所示。大地與底部電極形成回路,電子在這一回路上移動,這種工作模式可以用在接觸-分離結(jié)構(gòu)和滑動結(jié)構(gòu)[18-20]。獨立層式是前兩種工作模式的延伸:兩個對稱電極置于介電層背面,帶電物體在兩電極間做往復滑動時,連接兩電極間的負載會有交流電通過(圖2(d))[21]。這種工作模式避免持續(xù)摩擦,進而延長TENG 的使用壽命。目前TENG 無論以單一或是混合模式工作,都基于上述四種基本工作模式[22]。

圖2 摩擦納米發(fā)電機的四種基本工作模式[22]。(a) 垂直接觸-分離模式;(b) 水平滑動模式;(c) 單電極模式;(d) 獨立層模式Fig.2 Four fundamental modes of TENG[22].(a) Vertical contact-separation mode;(b) Lateral-sliding mode;(c) Single-electrode mode;(d) Freestanding triboelectric-layer mode

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

TEGN 器件結(jié)構(gòu)設計的核心是在外力驅(qū)動下實現(xiàn)摩擦層間的周期性相對運動。對于風能收集型TEGN,其結(jié)構(gòu)設計思想為將風對TENG 的機械擾動充分轉(zhuǎn)換為摩擦層間的連續(xù)性相對運動。本文首先以四種工作模式進行結(jié)構(gòu)分類,綜述近年來風能收集型TENG 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的研究進展。

2.1 基于垂直接觸-分離模式結(jié)構(gòu)

基于垂直接觸-分離工作模式的TENG 結(jié)構(gòu)有拱形結(jié)構(gòu)、多層疊加結(jié)構(gòu)和間隔物結(jié)構(gòu)等。在風能收集方面,旗幟型和風車狀是比較常見的兩種結(jié)構(gòu)設計。Zhao 等用鍍有鎳的聚酯纖維和攜有銅的聚酰亞胺編織一種旗幟型摩擦電納米發(fā)電機(WTENG-flag)(圖3(a))[23]。每個編織單元中,兩電極間留有間隙,以便風驅(qū)動兩編織材料不斷接觸分離。相比其他旗幟型結(jié)構(gòu),WTENG-flag 重量輕(15 g 以內(nèi)),較為靈活,可任意調(diào)整方向捕獲風能。風速為22 m/s 時,開路電壓和短路電流分別為40 V,30 μA。這種風力發(fā)電旗在天氣、環(huán)境傳感和監(jiān)測系統(tǒng)中具有潛在的應用前景。但是,隨著環(huán)境周圍濕度的增加,WTENG-flag 輸出性能急劇下降。當相對濕度從10%增加到96%時,輸出電流由22 μA 下降至8 μA。并且大多數(shù)實驗已證明濕度對TENGs 的輸出效果有一定的影響[24-25]。

低速風能的收集一直困擾著研究人員,這是因為全球地表附近的平均風速(觀測高度為10 m)約為3.28 m/s[26-27]。重慶大學王雪教授用TENG 和電磁發(fā)生器(EMG)組成風車式混合納米發(fā)電機(W-HNG)[28]。W-HNG 由四個獨立的混合納米發(fā)電機組裝,每個單元由TENG 和EMG 組成(圖3(b))。此外,該工作用彈簧鋼板作為TENG 的電極,彈簧鋼板同時充當加速器角色。它可以儲存彈性勢能并將其轉(zhuǎn)換為動能,進而提高接觸分離速度和接觸強度,器件性能進一步得到改善。實驗結(jié)果顯示W(wǎng)-HNG 可收集低至1.8 m/s 的風能,點亮商用LED 燈70 個,最大輸出電壓達到1150 V,具有出色的輸出性能。該W-HNG 結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)型風力發(fā)電機普遍存在的巨大旋轉(zhuǎn)阻力和由于長期摩擦而出現(xiàn)的磨損,有望使得TENG 的使用壽命得到延長。

2.2 基于水平滑動模式結(jié)構(gòu)

Xie 等采用風杯,提出一種旋轉(zhuǎn)式摩擦電納米發(fā)電機(R-TENG)[29]。整個裝置主要包括框架、軸、柔性轉(zhuǎn)子葉片和兩個定子,而框架整體又由兩個垂直、同軸并連在一起的矩形亞克力框組成。該結(jié)構(gòu)利用安裝在軸頂部的風杯,將風能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸和柔性轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能,進而驅(qū)動轉(zhuǎn)子周期性掃過定子。R-TENG 采用垂直接觸-分離和水平滑動混合模式,實現(xiàn)兩表面之間的接觸-滑動-分離-接觸這一重復過程(圖3(c))。當風速為15 m/s 時,此裝置可以產(chǎn)生250 V 的開路電壓和0.25 mA 的短路電流,最大功率密度有39 W/m2。此結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點:(1)R-TENG 不需要其他復雜的轉(zhuǎn)動單元、線圈或電磁鐵;(2)R-TENG 易于制造,體積緊湊。該結(jié)構(gòu)設計為風力發(fā)電機引入一種新的運行機制,實現(xiàn)了傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)與新型發(fā)電技術(shù)的有效結(jié)合。但是低速風能難以為R-TENG 提供持續(xù)穩(wěn)定的驅(qū)動力,該類型器件對于低速風能的收集能力有待進一步提高。

圖3 (a) WTENG-flag 制備流程示意圖及工作原理[23];(b) 類似風車的混合納米發(fā)電機(W-HNG)結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理[28];(c) 基于接觸-滑動-分離-接觸混合過程R-TENG 的工作原理示意圖[29]Fig.3 (a) Schematic diagram of the fabrication process and working mechanisms of WTNEG-flag[23];(b) Schematic diagram of the windmill-like TENG and working mechanisms[28];(c) Schematic diagram of the working mechanisms of R-TENG based on a hybridization of contact-sliding-separation-contact process[29]

2.3 基于單電極模式結(jié)構(gòu)

顫振驅(qū)動結(jié)構(gòu)是一種典型的風能收集型TENG 制造策略。2013 年,Yang 等報道了一種顫振結(jié)構(gòu)的風能收集型TENG[30]。制備的TENG 由兩片鋁箔和一層聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜組成,FEP 位于由亞克力制作的長方體中,其中一邊被固定在底面。FEP 薄膜的風致振動導致兩個鋁箔和FEP 薄膜之間的距離發(fā)生周期性改變(圖4(a)),從而通過外部電路輸出電壓和電流。尺寸為2.5 cm×2.5 cm×22 cm 的發(fā)電機可直接驅(qū)動10 個商用LED,在100 MΩ 負載下產(chǎn)生高達100 V 的輸出電壓。這種風能轉(zhuǎn)換裝置難以實現(xiàn)全方位收集風能,并且存在摩擦層接觸不充分的問題。針對此結(jié)構(gòu)自身存在接觸不充分問題,廈門大學一研究團隊提出角形TENG(ASTENG)[31]。在該結(jié)構(gòu)中,兩個鋁層堆疊為一個角形,FEP 薄膜放置夾角中。AS-TENG 引入楔形導風通道,為顫振提供驅(qū)動力,FEP 薄膜可充分密切地接觸鋁層,增強了接觸帶電和靜電感應效果(圖4(b))。

2020 年,中國北京科技大學張越教授等提出一種不倒翁形狀的混合摩擦電納米發(fā)電機(TH-TENG),可以在收集風能的同時采集水波能量[32]。TH-TENG由上下兩部分組成,上半部呈錐形,下半部為半球形,上錐體的電極與下半球相連(圖4(c))。不同材料和直徑的輕質(zhì)空心球放置于半球內(nèi)部,整個結(jié)構(gòu)完全封裝。外部為單電極接觸分離模式,內(nèi)部為單電極滑動模式,內(nèi)外工作模式協(xié)同增強了輸出效果。該結(jié)構(gòu)獨特之處在于整體結(jié)構(gòu)設計為上部輕,下部重,保證THTENG 發(fā)生偏離時,可自行回歸平衡位置。此外,封閉的結(jié)構(gòu)避免了外界環(huán)境對輸出參數(shù)的干擾。此結(jié)構(gòu)為混合能量的獲取提供了新思路。

圖4 (a) TENG 的示意圖及工作原理[30];(b) AS-TENG 的設備結(jié)構(gòu)[31];(c) TH-TENG 單位示意圖及工作原理[32]Fig.4 (a) Schematic diagram and working mechanisms of the TENG[30];(b) Device structure of AS-TENG[31];(c) Schematic diagram and working mechanisms of the TH-TENG unit[32]

2.4 基于獨立層模式結(jié)構(gòu)

大連海事大學徐敏義教授課題組構(gòu)建了一種基于獨立層模式的旗幟式摩擦電納米發(fā)電機(Flag-type TENG)(圖5(a))[33]。電極和聚四氟乙烯膜(PTFE)封裝在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中,摩擦層與空氣隔離。確保在許多自然條件下,尤其潮濕環(huán)境下運行不受影響,依然有效地捕獲風能。為進一步提高旗式TENG 的性能,兩個旗式TENG 以一定的間隔距離固定,功率密度比僅有一個旗型TENG 提高近40 倍,50 μF 電容可以在150 s 內(nèi)充電至3 V。這種新型旗幟型TENG 在高濕度條件下收集風能具有很大的優(yōu)勢,有望滿足新型TENG 收集風能的需求。

氣象學家把風力分為12 個級別,可見風能有較寬的風速范圍。為盡可能地擴大收集風能的風速范圍,重慶大學王季宇團隊聯(lián)合中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所共同提出一種雙旋轉(zhuǎn)軸TENG(D-TENG)[34]。D-TENG 采用同心圓雙轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu),將兩個具有不同形狀、尺寸和風杯臂長的獨立TENG 合理組裝起來(圖5(b))。此結(jié)構(gòu)設計受汽車換擋系統(tǒng)的啟發(fā),將不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的能量捕獲模塊組裝成一個單元,實現(xiàn)不同風速下的高效輸出。在保證不同模塊在功能和結(jié)構(gòu)方面具有一定的獨立性和完整性的情況下,通過模塊間的相互切換,完成不同區(qū)間風能的采集,還存在一些技術(shù)難題。但是通過這種組合方式可以在更寬的風速范圍內(nèi)達到最佳輸出性能,有效收集風能的風速范圍為2.2～16 m/s,最大開路電壓達到306 V。D-TENG 采用的獨特結(jié)構(gòu)可以高效地大規(guī)模收集不同風速的風能,把此結(jié)構(gòu)優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

圖5 (a) Flag-type TENG 示意圖和工作原理[33];(b) 雙轉(zhuǎn)軸TENG(D-TENG)的結(jié)構(gòu)示意圖及在軟摩擦模式下的工作原理[34]Fig.5 (a) Schematic diagram and working mechanisms of Flag-type TENG[33];(b) Schematic diagram of the dual-rotation shaft TENG (D-TENG) and working mechanisms in the soft friction mode[34]

3 材料優(yōu)化

除了采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化外,材料物理化學性能的優(yōu)化同樣有助于改善TENG 的輸出性能。Wilcke 在1957 年發(fā)表了關(guān)于靜電荷的摩擦電序列的研究成果[35-37]。除了圖6 中常見的材料之外,研究人員不斷探尋具有獨特優(yōu)勢的新型材料,如易降解、無污染等優(yōu)勢。此外,對材料進行預處理,通常使用微加工的方法修飾材料表面形貌,表面功能化可以一定程度地改變摩擦材料表面電勢,有效提高摩擦起電效應。

圖6 常見材料的摩擦序列Fig.6 Friction sequences of common materials

3.1 新型材料

新型材料的使用為改善器件性能提供了一個簡單而有效的策略。同時也避免一系列環(huán)境污染事件的發(fā)生,提高了人類生存質(zhì)量。因此,綠色環(huán)保和易降解的新型材料的探索性研究具有重要意義。

農(nóng)村普遍存在的麥秸,有良好的生物降解性,已被廣泛用作天然肥料。馬平等研制一種基于小麥秸稈的摩擦納米發(fā)電機(WS-TENG)[38],相比其他TENG而言,材料使用上更環(huán)保,其主要采用可生物降解的小麥秸稈為制備材料。對麥秸稈進行掃描電鏡觀察,發(fā)現(xiàn)小麥秸稈具有有序的條狀和表面紋理微觀結(jié)構(gòu)(圖7(a,b)),是一種理想的摩擦層。當振動頻率為4 Hz時,WS-TENG 的輸出電壓可達250 V。此外,麥秸有良好的柔韌性和優(yōu)異的防水性能,可作為一種制作TENG 的新型材料。

鮮葉和落葉在自然界中比較常見,如果這些葉子可以通過一個簡單的能量收集裝置來收集機械能,這對環(huán)保和廢物回收有重要意義。Feng 等以葉片為材料制作TENG,測得基于新鮮葉片的TENG 短路電流和輸出電壓分別為15 μA 和430 V,基于干葉的器件性能則可達到25 μA 和560 V[39]。為充分利用葉片,可以將易碎的干葉片磨成粉末使用。新鮮葉片被制成摩擦層后仍能保持原始表面結(jié)構(gòu),即微結(jié)構(gòu)和纖維結(jié)構(gòu)(圖7(c,d))有助于擴大表面接觸面積。隨著現(xiàn)代生活水平的提高,紙巾已經(jīng)是一種不可缺少的生活用品。本課題組設計了一種基于紙巾TENG(P-TENG)(圖7(e))[40-41]。由于紙巾的超柔性,P-TENG 可以收集任意方向的風能。風速約為20 m/s 時,開路電壓有2 V左右。相比其他硬紙板,紙巾更具有靈活性,可隨意折疊且不影響器件性能。紙巾的原材料有很多種,常用的有棉漿、草漿、木漿等,這些都是天然無污染的原材料,不會對環(huán)境造成危害,因此紙巾是一種可選的綠色新型材料。然而相比其他材料,這兩種材料具有共同的缺陷:(1)韌性不夠,耐磨耗性低,容易損壞;(2)對濕度較敏感,隨周圍環(huán)境濕度的增加,器件輸出性能急劇下降且使用壽命大大縮短。因此可生物降解的耐摩擦新型材料將是TENG 技術(shù)的研究重點之一。

圖7 (a,b) 小麥秸稈的掃描電鏡圖像[38];(c) 鮮葉表面光學顯微照片;(d)葉面掃描電鏡圖像[39];(e)導電紙制作過程示意圖[40]Fig.7 (a,b) Scanning electron microscope images of wheat straw[38];(c) Optical microphotograph of fresh leaf surface;(d) SEM image of leaf surface[39];(e) Schematic diagram of the fabrication process the conductive paper[40]

3.2 材料修飾

為使TENG 輸出性能更優(yōu)越,已進行許多研究[42-44]。通常是對材料進行不同的預處理,如在材料表面刻蝕一些微結(jié)構(gòu),典型的有交織結(jié)構(gòu)[45]、納米線結(jié)構(gòu)[46]、金字塔結(jié)構(gòu)[47]等。反應離子刻蝕是比較常見的刻蝕方法。Zhang 等通過自上而下的反應離子蝕刻,在暴露的聚酯表面上形成聚酯聚合物納米線,從而增加有效接觸面積[48]。經(jīng)過表面納米結(jié)構(gòu)修飾后的兩個條帶的TENG,產(chǎn)生高達98 V 的開路電壓和16.3 μA的短路電流。電感耦合等離子體刻蝕也可制備聚合物納米線,張虎林等研制一種用于無線遠程氣象監(jiān)測的收集風能的TENG,制作過程中就有利用電感耦合等離子體蝕刻技術(shù)[49]。在PTFE 表面蝕刻平均尺寸約為200 nm 的海帶狀納米結(jié)構(gòu),增強了材料摩擦帶電性。在材料表面引入納米顆粒同樣可增強摩擦起電效應,廈門大學一研究團隊[31]將濕化學方法合成的平均直徑約為30 nm 的銀納米顆粒引入到鋁層表面以提高材料粗糙度。

以上幾種比較常用的材料處理方式都存在固有的缺陷:反應離子刻蝕速度低,選擇性比較差;電感耦合等離子體刻蝕維護成本高;引入納米顆粒加工難度高,制作過程復雜等。因此,尋找低成本、加工速度快、環(huán)境友好的材料改性方法對于實現(xiàn)TENG 應用具有重要意義。

4 電源管理

近年來TENG 在結(jié)構(gòu)和材料方面研究都有很大的突破。由于TENG 具有高電壓、低電流和高阻抗的輸出特性,電源管理的重要性不言而喻[50]。電源管理電路的研究關(guān)系到電能是否可以最大效率地供給電子設備,目前有效的電源管理電路(PMC)依然很少。Zhu等首先在徑向排列的旋轉(zhuǎn)TENG 中引入變壓器,極大地降低輸出電壓,提高了輸出電流,阻抗也大大降低[51]。美國喬治理工Niu 等研制了一種普遍適用于所有類型的脈沖輸出TENG 電源管理電路(圖8(a)),這種通用電路主要由邏輯控制的開關(guān)系統(tǒng)和耦合電感組成[52],電能提取率約為60%。胡永山設計了一種使用耦合電感的阻抗匹配電路,在3.6 s 可以實現(xiàn)5 V 的穩(wěn)壓輸出[53]。Xi 等通過最大化能量轉(zhuǎn)移、直流降壓轉(zhuǎn)換和自我管理機制,為TENG 提出了一種通用電源管理策略(圖8(b))[54]。在1 Hz 的低頻下,使用電源管理模塊,TENG 的匹配阻抗在80%的效率下從35 MΩ 降低到1 MΩ,為1 mF 電容充電時存儲的能量可以提高128 倍。與上述含有電感的管理電路不同,Tang 等專注于無電感的TENG 電源管理電路(圖8(c))[55],采用自連接開關(guān)電容器陣列,通過在充電操作中電容器串聯(lián)連接后并聯(lián)連接用于功率輸出,可以降低輸出電壓和提高輸出電流,同時將能量損失降至最低。

圖8 (a) 基于邏輯控制開關(guān)和耦合電感的通用管理電路[52];(b) 通過耦合TENG、整流和經(jīng)典DC-DC 降壓變換器實現(xiàn)交直流降壓轉(zhuǎn)換的電路原理圖[54];(c) 一種帶自連接開關(guān)電容的TENG 管理電路[55]Fig.8 (a) Management circuit based on logic control switch and coupling inductor[52];(b) The schematic circuit diagram of AC-DC buck conversion by using TENG,rectifier and classical DC-DC buck converter[54];(c) The utility model relates to a TENG management circuit with self-connecting switch capacitor[55]

以上電路都有一定的局限性,比如,僅使用變壓器,轉(zhuǎn)換效率并不高;使用機械開關(guān),會帶來不必要的干擾。但總體充電效率都有所提高,供給電子設備使用時基本采用上述幾種電源管理電路,電源管理研究任重而道遠。

5 總結(jié)與展望

TENG 的誕生為解決能源危機和環(huán)境污染提供了一種新途徑,為新能源技術(shù)和自供電傳感器技術(shù)的發(fā)展帶來了新契機。綜上所述可知,TENG 在收集風能方面取得重大成果,其應用范圍更加廣泛,如環(huán)境監(jiān)測、可穿戴電子設備、物聯(lián)網(wǎng)等。在生活中扮演著越來越重要的角色,有望引領(lǐng)著能源領(lǐng)域新一輪革命。然而,TENG 在風能利用方面存在的問題不可忽視。首先,由于頻繁、直接和長期摩擦,容易導致材料嚴重磨損和器件失效,造成TENG 輸出性能下降、使用壽命縮短、安全系數(shù)降低;其次,TENG 適用環(huán)境有一定的局限性,在極端環(huán)境中,如高溫、極冷和高輻射地區(qū),TENG 輸出性能受到嚴重影響;另外,TENG的實際轉(zhuǎn)換效率值和理論值相差甚遠,實現(xiàn)全球范圍內(nèi)普遍應用這一目標還很遙遠,這都是需要攻克的難題。因此,實現(xiàn)持久、穩(wěn)定和高輸出的風能收集TENG,是一條坎坷而漫長的道路。

利用TENG 收集風能是一種環(huán)保和有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式:其一,風能資源極為豐富且分布廣泛,目前實際合理開發(fā)利用的只是冰山一角,可持續(xù)甚至永久性供能;其二,隨著科技的創(chuàng)新進步,開發(fā)風能技術(shù)不斷完善和成熟,大規(guī)模開發(fā)風能將成為可能;其三,TENG 收集風能具有低碳和清潔優(yōu)點,不會產(chǎn)生溫室氣體,符合綠色發(fā)展理念,所以風能開發(fā)利用將會在總能源中占有更大的比例;其四,將TENG 與其他電池、能源技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)復合型能源這一技術(shù)逐漸成熟;其五,我國海上風能儲量有7.5 億千瓦,海上風力發(fā)電具有極大優(yōu)勢,未來TENG在海上的應用會高速發(fā)展。此外,隨著新材料的不斷涌現(xiàn),TENG 材料選擇更加廣泛,器件性能將不斷得到改善。TENG 在我國新能源發(fā)展中占據(jù)重要地位,電子產(chǎn)品將迎來風能充電的時代。