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打破環境桎梏 熱傳導增強型柔性水伏發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 作者：羊舌木 點擊量：2862
目前，水伏發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電性能，然而，如何在變形條件下實現穩定發電和高輸出功率，并實現輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統依然面臨很多挑戰。
【化工儀器網 項目成果】傳統的水利發電、風力發電、光伏發電逐步成為能源供給的主流，但是受地域環境限制，目前傳統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的液體，并且水存儲的巨大能量通過流動和蒸發進行釋放，一種利用光熱與水的“水伏發電”為開發清潔能源指明了一個新途徑。“水伏發電”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電機，從而將蒸發能轉化為電能。
近年來，利用蒸發驅動水流經過功能化納米通道，在固-液界面相互作用下，將環境熱能轉化為電能的水伏效應是新興的綠色環境能源捕獲技術。由于蒸發的自發性和地理環境約束小等特性，水伏發電機可以實現長時間、持續的產能，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。
“水伏發電”是一種納米結構的發電，機理已經明確，水的各種流動、蒸發會直接產生電能，利用這一機理可以制備各類大型、小型、柔性的“水伏發電”裝置。目前，水伏發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電性能，然而，如何在變形條件下實現穩定發電和高輸出功率，并實現輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統依然面臨很多挑戰。
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、用于柔性傳感器件能源供給的水伏發電機以及可利用汗液發電的水伏發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水伏發電機結合，利用它們的協同作用構建了熱傳導增強型柔性水伏發電系統。
該系統中，i-TE材料可有效改善水伏發電機與環境之間的熱傳導。同時，水蒸發消耗熱量提供了可靠的溫度梯度，為熱電模塊提供穩定的溫差用于產能。此外，該系統可以利用光熱轉換提升水伏發電機的溫度，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，為打破環境桎梏、提升水伏發電機性能以及設計柔性可穿戴自供能系統提供了新策略。
相關研究成果以Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects為題，發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
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