A hybridized self-powered textile for simultaneously collecting solar energy and random body motion energy was demonstrated.

Electromagnetic generators (EMGs) and triboelectric nanogenerators (TENGs) are the two most powerful approaches for harvesting ambient mechanical energy, but the effectiveness of each depends on the triggering frequency. Here, after systematically comparing the performances of EMGs and TENGs under low-frequency motion (<5 Hz), we demonstrated that the output performance of EMGs is proportional to the square of the frequency, while that of TENGs is approximately in proportion to the frequency. Therefore, the TENG has a much better performance than that of the EMG at low frequency (typically 0.1–3 Hz). Importantly, the extremely small output voltage of the EMG at low frequency makes it almost inapplicable to drive any electronic unit that requires a certain threshold voltage (∼0.2–4 V), so that most of the harvested energy is wasted. In contrast, a TENG has an output voltage that is usually high enough (>10–100 V) and independent of frequency so that most of the generated power can be effectively used to power the devices. Furthermore, a TENG also has advantages of light weight, low cost, and easy scale up through advanced structure designs. All these merits verify the possible killer application of a TENG for harvesting energy at low frequency from motions such as human motions for powering small electronics and possibly ocean waves for large-scale blue energy.

A self-powered triboelectric auditory sensor is designed for human-robot interactions.

The rapid growth of deformable and stretchable electronics calls for a deformable and stretchable power source. We report a scalable approach for energy harvesters and self-powered sensors that can be highly deformable and stretchable. With conductive liquid contained in a polymer cover, a shape-adaptive triboelectric nanogenerator (saTENG) unit can effectively harvest energy in various working modes. The saTENG can maintain its performance under a strain of as large as 300%. The saTENG is so flexible that it can be conformed to any three-dimensional and curvilinear surface. We demonstrate applications of the saTENG as a wearable power source and self-powered sensor to monitor biomechanical motion. A bracelet-like saTENG worn on the wrist can light up more than 80 light-emitting diodes. Owing to the highly scalable manufacturing process, the saTENG can be easily applied for large-area energy harvesting. In addition, the saTENG can be extended to extract energy from mechanical motion using flowing water as the electrode. This approach provides a new prospect for deformable and stretchable power sources, as well as self-powered sensors, and has potential applications in various areas such as robotics, biomechanics, physiology, kinesiology, and entertainment.

Recently, a self-charging power unit consisting of an energy harvesting device and an energy storage device set the foundation for building a self-powered wearable system. However, the flexibility of the power unit working under extremely complex deformations (e.g., stretching, twisting, and bending) becomes a key issue. Here, we present a prototype of an all-in-one shape-adaptive self-charging power unit that can be used for scavenging random body motion energy under complex mechanical deformations and then directly storing it in a supercapacitor unit to build up a self-powered system for wearable electronics. A kirigami paper based supercapacitor (KP-SC) was designed to work as the flexible energy storage device (stretchability up to 215%). An ultrastretchable and shape-adaptive silicone rubber triboelectric nanogenerator (SR-TENG) was utilized as the flexible energy harvesting device. By combining them with a rectifier, a stretchable, twistable, and bendable, self-charging power package was achieved for sustainably driving wearable electronics. This work provides a potential platform for the flexible self-powered systems.

Packaging is a critical aspect of triboelectric nanogenerators (TENG) toward practical applications, since the performance of TENG is greatly affected by environmental conditions such as humidity. A waterproof triboelectric–electromagnetic hybrid generator (WPHG) for harvesting mechanical energy in harsh environments is reported. Since the mechanical transmission from the external mechanical source to the TENG is through a noncontact force between the paired magnets, a fully isolated packaging of TENG part can be easily achieved. At the same time, combining with metal coils, these magnets can be fabricated to be electromagnetic generators (EMG). The characteristics and advantages of outputs from both TENG and EMG are systematically studied and compared to each other. By using transformers and full‐wave rectifiers, 2.3 mA for total short‐circuit current and 5 V for open‐circuit voltage are obtained for WPHG under a rotation speed of 1600 rpm, and it can charge a supercapacitor (20 mF) to 1 V in 22s. Finally, the WPHG is demonstrated to harvest wind energy in the rainy condition and water‐flow energy under water. The reported WPHG renders an effective and sustainable technology for ambient mechanical energy harvesting in harsh environments. Solid progress in both the packaging of TENG and the practical applications of the hybrid generator toward practical power source and self‐powered systems is presented.

Ocean wave associated energy is huge, but it has little use toward world energy. Although such blue energy is capable of meeting all of our energy needs, there is no effective way to harvest it due to its low frequency and irregular amplitude, which may restrict the application of traditional power generators. In this work, we report a hybrid nanogenerator that consists of a spiral-interdigitated-electrode triboelectric nanogenerator (S-TENG) and a wrap-around electromagnetic generator (W-EMG) for harvesting ocean energy. In this design, the S-TENG can be fully isolated from the external environment through packaging and indirectly driven by the noncontact attractive forces between pairs of magnets, and W-EMG can be easily hybridized. Notably, the hybrid nanogenerator could generate electricity under either rotation mode or fluctuation mode to collect energy in ocean tide, current, and wave energy due to the unique structural design. In addition, the characteristics and advantages of outputs indicate that the S-TENG is irreplaceable for harvesting low rotation speeds (<100 rpm) or motion frequencies (<2 Hz) energy, which fits the frequency range for most of the water wave based blue energy, while W-EMG is able to produce larger output at high frequencies (>10 Hz). The complementary output can be maximized and hybridized for harvesting energy in a broad frequency range. Finally, a single hybrid nanogenerator unit was demonstrated to harvest blue energy as a practical power source to drive several LEDs under different simulated water wave conditions. We also proposed a blue energy harvesting system floating on the ocean surface that could simultaneously harvest wind, solar, and wave energy. The proposed hybrid nanogenerator renders an effective and sustainable progress in practical applications of the hybrid nanogenerator toward harvesting water wave energy offered by nature.

A fundamentally new working principle into the field of self-powered heavy-metal-ion detection and removal using the triboelectrification effect is introduced. The as-developed tribo-nanosensors can selectively detect common heavy metal ions. The water-driven triboelectric nanogenerator is taken as a sustainable power source for heavy-metal-ion removal by recycling the kinetic energy from flowing wastewater. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

The development of lightweight, superportable, and sustainable power sources has become an urgent need for most modern personal electronics. Here, we report a cut-paper-based self-charging power unit (PC-SCPU) that is capable of simultaneously harvesting and storing energy from body movement by combining a paper-based triboelectric nanogenerator (TENG) and a supercapacitor (SC), respectively. Utilizing the paper as the substrate with an assembled cut-paper architecture, an ultralight rhombic-shaped TENG is achieved with highly specific mass/volume charge output (82 nC g-1/75 nC cm-3) compared with the traditional acrylic-based TENG (5.7 nC g-1/5.8 nC cm-3), which can effectively charge the SC (∼1 mF) to ∼1 V in minutes. This wallet-contained PC-SCPU is then demonstrated as a sustainable power source for driving wearable and portable electronic devices such as a wireless remote control, electric watch, or temperature sensor. This study presents a potential paper-based portable SCPU for practical and medical applications.