Publication

High-performance triboelectric nanogenerator via photon-generated carriers for green low-carbon system

Xin Chen
2023
Article
Résumé

Enhancing the surface charge density and reducing the output impedance via innovative techniques are essential to accelerate the commercialization of triboelectric nanogenerators (TENGs). However, methods for increasing output performance have numerous limitations, e.g., lacking efficiency and stability. Thus, it is necessary to investigate more practical and efficient strategies to improve the output of TENGs. Here, we leveraged the charge traps generated from photon-carriers through semiconductor materials of TiO2/g-C3N4 to boost the TENG output performance. First, the output performance of the TENG can be enhanced by optimizing the dielectric properties of the triboelectric film. Additionally, the photon-generated carriers enable the semiconductor materials to act as charge traps, further enhancing the output performance. Thusly, the peak power of TENG achieves 4.23 mW/cm2 at the impedance of 3 M omega, giving over 9.4-fold enhancement for power and a 40 % reduction in impedance compared with pure TENG. What's more, this is the first study to combine the high-performance TENG with the electrostimulation-coupled biosynthesis polyhydroxy butyrate (PHB) system to find a new method to address plastic pollution and environmental protection issues. The biodegradable PHB production increases from 0.752 mg/ml to 0.996 mg/ml under high-current stimulation from TENG. This technology enables rapid and efficient production of bio-based plastic, which has the potential to accelerate carbon neutrality.

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Biodegradable plastic
Biodegradable plastics are plastics that can be decomposed by the action of living organisms, usually microbes, into water, carbon dioxide, and biomass. Biodegradable plastics are commonly produced with renewable raw materials, micro-organisms, petrochemicals, or combinations of all three. While the words "bioplastic" and "biodegradable plastic" are similar, they are not synonymous. Not all bioplastics (plastics derived partly or entirely from biomass) are biodegradable, and some biodegradable plastics are fully petroleum based.
Bioplastique
vignette|Salade vendue dans un emballage en bioplastique (acétate de cellulose). Le terme bioplastique désigne des polymères, surtout thermoplastiques, moins souvent thermodurcissables, de deux types. Il s'agit de matières plastiques : d'une part, de matières plastiques biosourcées (issues de la biomasse, surtout des plantes) ; d'autre part, de matières plastiques biodégradables (dont compostables), y compris issues de ressources fossiles (réactions pétrochimiques).
Pollution plastique
thumb|Déchets plastiques au jardin botanique de Bogor en Indonésie (2018). La pollution par le plastique (ou « pollution plastique ») est une pollution engendrée par l'accumulation de déchets en matière plastique dans l'environnement. Il existe plusieurs formes et types de pollution plastique. Le système mondial de production, d'utilisation et d'élimination des matières plastique est un système défaillant. La pollution plastique est corrélée au faible coût du plastique, qui entraîne une utilisation massive et jetable de ce dernier.
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