在全球能源需求不断上升的背景下，传统化石燃料所带来的环境问题和资源短缺日益引起人们的关注。为了应对这些挑战，清洁、可再生的能源成为了目前研究的重点方向。海洋波浪能量作为一种丰富、可持续且无污染的自然资源，拥有巨大的开发潜力。然而，由于海洋波浪的不规则性、低频率以及能量分散性，如何高效收集并利用波浪能量一直是科学家面临的重大技术难题。近年来，摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator，TENG）作为一种新型的能量收集技术，以其高效的机械能转化能力备受瞩目。TENG 能通过摩擦电效应，将机械能转化为电能，特别适合用于低频率和不规则机械运动能量的收集。然而，传统的用于波浪能收集的TENG结构往往采用刚性接触设计，存在接触面积小、接触效率低、机械磨损大等问题，限制了其在海洋环境中的长时间稳定应用。

为此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所胡卫国研究员团队与王中林院士团队联合研发的一款新型摩擦电纳米发电机（LS-TENG），为海洋波浪能量的高效收集提供了全新的解决方案。该发电机采用了椭球摆式设计，并巧妙结合了液-液和固-固两种摩擦电效应，从而大幅提升了能量收集效率和设备的耐用性。

LS-TENG的核心创新点在于其“动态自调节液-液接触界面”和“自适应软接触固-固界面”设计。在波浪能的推动下，LS-TENG 内部的二元液体电极（由硅油和去离子水）通过摆动不断产生大量动态液-液接触界面。与传统的刚性固-固接触设计相比，这种液-液接触模式不仅增加了界面接触面积，还显著提升了摩擦电荷的转移效率。同时，LS-TENG 的固-固软接触界面能够自适应波浪的运动，避免了传统硬质刚性结构容易出现的机械磨损问题，极大延长了设备的使用寿命。

更为重要的是，这种LS-TENG 不仅能够高效地收集波浪能，还具备自供能监测海洋环境的能力，在极端环境下（如高温、高湿、低光照）仍能持续工作 (图1a)，为海洋环境的实时监测提供了可靠的能源支持。这一突破性的技术进展为未来可持续能源开发和海洋环境保护带来了新的希望。

图1. LS-TENG用于波浪能收集和海洋环境监测、结构示意图以及动态自调整液-液及自适应软接触固-固界面摩擦电机制。a) 波浪能收集和对海洋环境（包括温度（T）、光强度（LI）和湿度（H））的全天候连续自供电监测。b) LS-TENG的横截面图。c) 在L-L界面之间产生的摩擦电荷的转移。d) S-S接触界面之间独特的自适应和软接触方式。

图 2 LS-TENG工作过程中，其内部液-液和固-固界面的摩擦电效应的耦合机制。a) 动态自调节液-液界面形成机制以及该过程与固-固摩擦电效应的耦合。b) LS-TENG 工作时的电势分布模拟结果，颜色代表电压范围，整体电压梯度为 0-196 V。

图 3 a-b）基于电子云势阱模型的液-液界面摩擦电效应和电荷传递机制。c）在液-液界面接触过程中，产生摩擦电荷的过程。d）在固-固界面软接触过程中，产生摩擦电荷的过程。

图 4 a）使用不同不相容二元液体电极组合（硅油-去离子水、硅油-乙二醇、硅油-甘油）的 LS-TENG 输出性能比较。b）优化硅油-去离子水液体电极组合体积比为 0:1、1:3、1:1、3:1 和 1:0 的 LS-TENG 输出性能。c）分别使用不相容的硅油-去离子水液体对与相容的甘油-去离子水液体对作为液体电极时，LS-TENG 的输出性能比较。d）分别使用不相容的硅油-乙二醇液体对与相容的甘油-乙二醇液体对作为液体电极时，LS-TENG 的输出性能比较。

图 5硅油-去离子水液-液界面间的产生动态摩擦电荷的验证实验a-b）实验装置图。c）检测到的液-液摩擦电效应的动态电信号。d）通过电流和电压曲线的交点确定 LS-TENG 的最佳匹配电阻。e）使用 LS-TENG 对不同电容器（0.47μF、10μF 和 22μF）的充电曲线。f-h） LS-TENG的最大输出性能：f）输出电流I；g）转移电荷量Q；h）输出电压V。

图 6 a）LS-TENG 为海洋传感器的锂电池充电。b）通过 LS-TENG 充电后的锂电池为海洋传感器供电。c）锂电池充电过程中的充电曲线。d）通过实验室模拟海洋波浪运动优化 LS-TENG 的输出性能。e-g）将 LS-TENG 扩展为分布式网络，以增强海浪能量收集能力：e）移动应用程序显示海洋环境监测的传感结果，f）LS-TENG 网络的示意图，g）通过 LS-TENG 为海洋传感器供电的等效电路图。

Long Y, Zhao B, Niu J, et al. Dynamically self-adjustable liquid-liquid and self-adaptive soft-contact solid-solid triboelectric nanogenerator for wave energy harvesting. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907052.