蘇州納米所張珽團(tuán)隊(duì)Nature Communications:用于可穿戴電子器件的熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電機(jī)
利用蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)化為電能的水伏效應(yīng)是近年來新興的綠色環(huán)境能源捕獲技術(shù)。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(jī)可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間、持續(xù)的產(chǎn)能,因此在用于自驅(qū)動(dòng)傳感、可穿戴電子器件能源供給等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,對于水伏發(fā)電器件的研究大都聚焦于通過納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能,然而,環(huán)境中緩慢的水分子蒸發(fā)速度(驅(qū)動(dòng)力?。┦窍拗扑骷a(chǎn)電效率的瓶頸。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的張珽研究員團(tuán)隊(duì)在前期濕氣驅(qū)動(dòng)的自供能柔性可穿戴傳感系統(tǒng)(Nano letters. 2019,19,5544-5552.)、用于柔性傳感器件能源供給的水伏發(fā)電機(jī)(Nano Energy. 2020,72,104663.)以及可利用汗液發(fā)電的水伏發(fā)電機(jī)(Nano Energy., 2021, 85, 105970.)等工作基礎(chǔ)上,將柔性離子熱電(i-TE)明膠材料與多孔Al2O3水伏發(fā)電機(jī)結(jié)合,利用它們的協(xié)同作用構(gòu)建了一種熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,i-TE材料可有效改善水伏發(fā)電機(jī)與環(huán)境之間的熱傳導(dǎo)。同時(shí),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(zhuǎn)換提升水伏發(fā)電機(jī)的溫度,將輸出電壓提升至6.4V。
該工作從熱能捕獲和能量傳導(dǎo)的角度為打破環(huán)境桎梏提升水伏發(fā)電機(jī)性能以及設(shè)計(jì)柔性可穿戴自供能系統(tǒng)提供了新策略。相關(guān)研究成果以題目為“Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects”發(fā)表于《Nature communications》 上。論文第一作者為中科院蘇州納米所博士后李連輝和碩士研究生馮思佳,通訊作者為張珽研究員,并得到了新加坡南洋理工劉政教授的支持。該工作得到了國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、面上基金以及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
圖1. 熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)理示意圖。
圖2. 基于多孔d-Al2O3柔性水伏模塊的產(chǎn)電性能。
圖3. 基于i-TE離子明膠的柔性熱電模塊的組成及產(chǎn)電性能。
圖4. 熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電機(jī)性能驗(yàn)證。
圖5. 熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電機(jī)用于可穿戴傳感器件能源供給。
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