随着科学技术的飞速发展,世界正步入人工智能和大数据时代。在现代社会中,先进的移动电子设备和无线电子传感系统在我们的日常生活中无处不在。为了确保这些电子传感系统能够正常工作,化学电池和电容器等常规能量存储设备被用作这些电子设备和传感器供电的电源。然而,这些常规的能量存储装置具有一些严重的缺陷。比如,环境污染问题、成本问题、使用寿命问题、安全问题等。因此,我们需要找到一种有效的技术来解决无线传感器网络的分布式能源供应问题。2012年,基于摩擦起电和静电感应,王中林院士及其团队发明了摩擦发电纳米发电机（TENGs）,旨在从环境中收集机械能来提供分布式能源。TENG具有能量转换效率高、成本低、结构灵活性强、材料选择丰富、低频条件下输出高等优点。它可以将从环境中收集的风能、海洋能、振动能、水滴能转化为电能。它能有效地解决分布式能源供应问题。TENG除了可以作为供能装置也可以作为多功能的传感器。为了进一步提高TENG的输出性能并扩大其应用范围,我们需要不断提高TENG的输出电荷密度。先前发明的电荷激励TENG提供了一种最有效的方法来实现TENG器件的最大电荷输出。基于电荷激励摩擦纳米发电机（CE-TENG）,本文采用了新颖的设计进一步地提高了摩擦纳米发电机的输出电荷密度。主要研究工作如下:本工作中,基于帕邢定律我们建立了CE-TENG的空气击穿模型。通过该空气击穿模型,我们确定了提高CE-TENG的输出电荷密度的关键因素。接着,提出了量化接触状态的方法,采用介电膜两面蒸镀电极,获得100%接触效率的标准电容,普通接触分离TENG在接触状态时的电容与标准电容之比被定义为接触效率,用于量化接触分离式TENG的有效接触面积。为了改善接触状态并进一步提高CE-TENG的输出电荷密度,我们提出了自制的柔性碳凝胶电极和拱形基底。同等条件下,该柔性电极可以提高TENG的有效接触面积。使用4μm PEI膜和自制的碳硅凝胶电极,在相对湿度为5%的环境大气中,我们可以获得高达2.38 m C/m~2的高电荷密度。该带有柔性电极的外激励TENG,可以直接点亮456盏LED。在5 Hz的工作频率下该器件能持续驱动温湿度计工作。此外,基于量化的有效接触面积,这项工作揭示了CE-TENG电极上的实际电荷密度可以超过4.0 mC/m~2,并提供了一种改善电荷密度的前瞻性技术方法,可以将TENG的输出性能推向更高水平。