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 為濕氣發(fā)電材料研發(fā)應(yīng)用提供新思路

　　中化新網(wǎng)訊 7月2日，東華大學(xué)發(fā)布消息稱，該校俞建勇院士和覃小紅教授團(tuán)隊(duì)研制設(shè)計(jì)了一種高性能靜電紡納米纖維可穿戴濕氣發(fā)電機(jī)。相關(guān)成果分別發(fā)表于《材料視界》和《材料化學(xué)學(xué)報(bào)A》。業(yè)內(nèi)專家表示，該項(xiàng)研究成果為高性能濕氣發(fā)電材料的研發(fā)、濕氣發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用提供了新的研究思路。

　　這是該團(tuán)隊(duì)在靜電紡納米纖維濕氣發(fā)電機(jī)領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展，相關(guān)成果分別以“具有持久1.1伏電壓輸出的納米纖維織物基離子梯度增強(qiáng)的濕氣發(fā)電機(jī)”為題，發(fā)表于《材料視界》;以“靜電紡納米纖維織物：一種高效、透氣、可穿戴的濕氣發(fā)電機(jī)”為題，發(fā)表于《材料化學(xué)學(xué)報(bào)A》。

　　濕氣發(fā)電作為一種新興的綠色能量獲取方式，可以利用大氣環(huán)境中水蒸發(fā)或濕氣中的能量產(chǎn)生電能，在智能可穿戴領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有的濕氣發(fā)電材料缺乏必要的可穿戴性能如透氣性和舒適性，同時(shí)其低電壓輸出和復(fù)雜的制造工藝，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

　　為此，研究人員以靜電紡絲技術(shù)作為制備濕氣發(fā)電材料的一種新策略，設(shè)計(jì)了一系列高性能的可穿戴濕氣發(fā)電機(jī)，在濕氣刺激下最高可達(dá)到0.83伏的輸出電壓，高于大部分報(bào)道的聚合物材料。

　　研究人員還闡明了其發(fā)電機(jī)理，靜電紡納米纖維膜優(yōu)異的濕氣發(fā)電性能來自于多孔纖維膜內(nèi)部的離子梯度差與流動(dòng)電勢(shì)的共同作用。具有含氧官能團(tuán)的濕氣發(fā)電材料在濕氣刺激下，電離出自由移動(dòng)的氫離子，并借由在不對(duì)稱電極兩側(cè)形成的水分梯度差異形成離子梯度差異。此外，納米纖維膜孔道結(jié)構(gòu)中形成的基于雙電層的流動(dòng)電勢(shì)，又對(duì)發(fā)電性能起到了增強(qiáng)作用。

　　基于上述原理，研究人員進(jìn)一步通過對(duì)濕氣發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出引入活性金屬電極的新方法，顯著增強(qiáng)了靜電紡納米纖維膜內(nèi)部的離子梯度差，從而大幅增加輸出電壓。該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新型濕氣發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓達(dá)到了1.1伏，并保持40000秒以上的時(shí)間不衰減。該濕氣發(fā)電機(jī)不僅可以通過串聯(lián)增強(qiáng)輸出電壓以帶動(dòng)小型用電器，如商業(yè)二極管及電子手表。同時(shí)，他們制備的濕氣發(fā)電機(jī)還可以用于氨氣泄露檢測(cè)以及火災(zāi)預(yù)警等災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，拓寬了靜電紡納米纖維基濕氣發(fā)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。