Um nanogerador triboelétrico (TENG) é um dispositivo de coleta de energia que converte energia mecânica em eletricidade através da separação de contato ou movimentos relativos de deslizamento de dois materiais tribo-polares opostos. Pesquisadores da Universidade de Inha relataram anteriormente o primeiro exemplo de TENG baseado em polímero de espinha dorsal de enxofre. A superfície do filme de copolímero de enxofre foi fluorada diretamente usando gás flúor tóxico para melhorar o desempenho do TENG.
O enxofre e o flúor têm maior afinidade eletrônica (EA) de –200 kJ/mol e –322 kJ/mol, respectivamente, quando comparados ao EA do carbono (–122 kJ/mol). O filme de copolímero de enxofre fluorado pode atingir um aumento de seis e três vezes na tensão e na corrente em comparação com o politetrafluoretileno (PTFE), o material negativo convencional atual. Além disso, o enxofre elementar é um subproduto do refino de petróleo; portanto, o enxofre de alta pureza está comercialmente disponível a baixo custo. No entanto, para garantir a segurança operacional desta técnica em aplicações industriais práticas, é necessário projetar sistemas de tratamento de resíduos, bem como métodos de recuperação do gás flúor tóxico.

A fim de superar essas limitações, os pesquisadores relataram recentemente uma rota fácil e livre de flúor tóxico para a síntese de misturas de polímeros triboelétricos extremamente negativos compreendendo um polímero rico em flúor (poli(pentafluoroestireno), PPFS) e um esqueleto de enxofre à base de polímero. Neste método, as moléculas de PPFS foram separadas por fase na interface do ar por meio de prensagem a quente, o que resultou em uma colheita de energia triboelétrica altamente eficiente. Apesar do baixo valor de carregamento (7,5% em peso) do PPFS, sua cobertura superficial ultrapassou 90% devido à separação de fases no filme da blenda induzida pela alta diferenciação das energias superficiais entre o copolímero de enxofre e o PPFS.

A localização de quantidades substanciais de flúor nas superfícies do filme forneceu às misturas de polímeros propriedades triboelétricas extremamente negativas. Os desempenhos triboelétricos dos filmes de mistura de polímeros no estudo foram significativamente superiores aos dos polímeros convencionais baseados em estrutura de carbono. O TENG à base de mistura de polímeros apresentou desempenho estável a longo prazo de ~ 26 h e saídas de tensão e corrente aprimoradas que foram 8 vezes e 9 vezes maiores, respectivamente, do que as de um TENG à base de PTFE. Finalmente, os pesquisadores demonstraram a capacidade de um TENG baseado em filme de 4 polegadas para alimentar 400 LEDs azuis conectados em série de 3,3 V pelo filme de mistura de polímeros com uma tensão de circuito aberto triboelétrica de ~ 1360 V.

Por meio deste trabalho, a estratégia de separação de fases de polímeros ricos em flúor de polímeros de enxofre fornecerá insights para pesquisas na academia e na indústria para obter colheita de energia triboelétrica escalável, de baixo custo, ecologicamente correta e de alto desempenho.

A pesquisa foi publicada na Nano Energy . + Explorar mais

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