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打破環(huán)境桎梏 熱傳導增強型柔性水伏發(fā)電機助力可穿戴電子
2022年05月18日 10:17:47 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：2878

目前，水伏發(fā)電器件研究多聚焦于通過納米結構設計或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能，然而，如何在變形條件下實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電和高輸出功率，并實現(xiàn)輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統(tǒng)依然面臨很多挑戰(zhàn)。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】傳統(tǒng)的水利發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電逐步成為能源供給的主流，但是受地域環(huán)境限制，目前傳統(tǒng)的清潔能源難以滿足巨大的能源消耗需求。因此，探索新的清潔能源供給成為當務之急。
 
　　水在地表有豐富的儲量，而且是極易流動和蒸發(fā)的液體，并且水存儲的巨大能量通過流動和蒸發(fā)進行釋放，一種利用光熱與水的“水伏發(fā)電”為開發(fā)清潔能源指明了一個新途徑。“水伏發(fā)電”就是利用納米光熱材料，高效將太陽能進行光熱轉化，使水形成水蒸氣驅動納米發(fā)電機，從而將蒸發(fā)能轉化為電能。
 
　　近年來，利用蒸發(fā)驅動水流經(jīng)過功能化納米通道，在固-液界面相互作用下，將環(huán)境熱能轉化為電能的水伏效應是新興的綠色環(huán)境能源捕獲技術。由于蒸發(fā)的自發(fā)性和地理環(huán)境約束小等特性，水伏發(fā)電機可以實現(xiàn)長時間、持續(xù)的產(chǎn)能，在用于自驅動傳感、可穿戴電子器件能源供給等方面具有廣闊的應用前景。
 
　　“水伏發(fā)電”是一種納米結構的發(fā)電，機理已經(jīng)明確，水的各種流動、蒸發(fā)會直接產(chǎn)生電能，利用這一機理可以制備各類大型、小型、柔性的“水伏發(fā)電”裝置。目前，水伏發(fā)電器件研究多聚焦于通過納米結構設計或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能，然而，如何在變形條件下實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電和高輸出功率，并實現(xiàn)輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統(tǒng)依然面臨很多挑戰(zhàn)。
 
　　中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張珽團隊在前期濕氣驅動的自供能柔性可穿戴傳感系統(tǒng)、用于柔性傳感器件能源供給的水伏發(fā)電機以及可利用汗液發(fā)電的水伏發(fā)電機等工作的基礎上，將柔性離子熱電(i-TE)明膠材料與多孔Al2O3水伏發(fā)電機結合，利用它們的協(xié)同作用構建了熱傳導增強型柔性水伏發(fā)電系統(tǒng)。
 
　　該系統(tǒng)中，i-TE材料可有效改善水伏發(fā)電機與環(huán)境之間的熱傳導。同時，水蒸發(fā)消耗熱量提供了可靠的溫度梯度，為熱電模塊提供穩(wěn)定的溫差用于產(chǎn)能。此外，該系統(tǒng)可以利用光熱轉換提升水伏發(fā)電機的溫度，將輸出電壓提升至6.4V。 該研究從熱能捕獲和能量傳導的角度，為打破環(huán)境桎梏、提升水伏發(fā)電機性能以及設計柔性可穿戴自供能系統(tǒng)提供了新策略。
 
　　相關研究成果以Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
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