Triboelektrik nanogeneratörlerde enerji yoğunluğunu artırmak için dielektrik boyut optimizasyonu

Triboelektrik nanogeneratörler (TENG'ler), mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürme potansiyeline sahip yenilikçi cihazlar olarak son yıllarda büyük ilgi görmektedir. İnsan hareketi, rüzgâr veya dalga hareketi gibi doğal kaynaklardan faydalanarak enerji elde etme olanağı sunan TENG'ler, özellikle sürdürülebilir enerji çözümleri için umut vaat etmektedir. Küçük ölçekli uygulamalarda önemli başarılar elde edilmesine rağmen, büyük ölçekli TENG'lerin geliştirilmesi ve daha yüksek güç üretme kapasitelerine ulaşılması halen çözülmesi gereken bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Dielektrik malzemelerin boyutu ve konfigürasyonu da dahil olmak üzere, büyük ölçekli TENG'lerin performansını etkileyebilecek çeşitli faktörler bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, büyük ölçekli TENG'lerde hasat edilen elektrik güç yoğunluğunu artırmak için dielektrik malzemelerin kalınlık, yüzey alanı gibi boyutsal parametrelerini ve çok hücreli TENG konfigürasyonlarını optimize etmektir. Çalışmada pozitif dielektrik olarak cam elyaf, negatif dielektrik olarak ise yüksek tribo-potansiyeli, dayanıklılığı ve kolay erişilebilirliği nedeniyle çok amaçlı beyaz silikon kullanılmıştır. Boyut optimizasyonu aşamasında, farklı kalınlık ve yüzey alanlarına sahip dielektrikler ile TENG'ler üretilerek enerji toplama kapasiteleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Maksimum güç yoğunluğunu elde etmek için gerekli dielektrik kalınlıkları ve yüzey alanları belirlenmiştir. Daha sonra, boyutu optimize edilmiş dielektriklerin verimli bir şekilde entegre edilmesi için yatay ve dikey çok hücreli TENG konfigürasyonları incelenmiştir. Bu bağlamda, yatay ve dikey çok hücreli TENG yapıları tasarlanmış ve bu yapıların enerji üretim performansları karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, dikey çok hücreli konfigürasyonların, yüzey alanı ve kalınlık optimizasyonları ile, enerji verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Özellikle dikey çok hücreli konfigürasyonlar, elektronik cihazlar için yüksek ve sürdürülebilir bir enerji yoğunluğuna ulaşılabileceğini ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması, TENG'lerin enerji üretim kapasitelerini artırmak için boyut ve konfigürasyon optimizasyonunun önemini vurgulamakta ve gelecekteki büyük ölçekli TENG tasarımları için önemli bir referans oluşturarak enerji üretiminde daha sürdürülebilir çözümler geliştirmeye katkı sağlamaktadır. Anahtar Kelimeler: Triboelektrik nanogeneratör, yüksek güç yoğunluğu, dielektrik katman, boyut optimizasyonu, çok hücreli TENG.