清華大學曲良體課題組《自然·通訊》：在濕氣產電領域取得重要進展
2025-07-21 15:42:42
作者：本網發布 來源：高分子科學前沿
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從無處不在的水分中獲取能量，在滿足分散式能源需求、推動低碳經濟轉型方面展現出日益廣闊的應用前景。水在高焓高熵氣態與低焓低熵的吸附態之間發生相變時，會蘊含巨大能量。但目前，利用該能量的濕氣發電器件存在功率密度低的問題（~50 mW m-2），這一數值遠低于現有綠色能源收集技術，如光伏技術（~120 W m-2）和熱電技術（~5 W m-2），嚴重制約了濕氣發電器件的其實際應用。在該研究中，清華大學曲良體課題組報道了一種界面離子-電子轉化增強的新策略，通過在電極表面修飾電容性材料，增加界面離子存儲位點，并在界面處引入氧化還原電對，構建離子-電子轉化新路徑。這種新策略可將單器件輸出電流密度提升至9.2 mA cm-2，功率密度提升至6.7 W m-2，比此前報道的濕氣發電器件高出約60倍，接近鈣鈦礦太陽能電池和熱電器件的輸出水平。基于優異的單器件輸出性能，進一步開發了激光可拓展器件制備技術。通過器件集成，發電性能能夠得到進一步提升。集成器件陣列可以輕易實現數百毫安和數十伏特的電量輸出。產生的能量可以儲存在高容量電容器和商用鋰電池中，驅動商用電風扇等商業電子元器件正常工作，展現了其在商業應用方面的潛力。此外，器件初步展示了其在微型柔性電子領域的潛力。在柔性電子芯片上，1 cm2內的器件陣列能夠驅動LED燈正常工作。該研究為發展高性能濕氣發電器件提供了新的認識和設計思路，通過促進界面離子-電子轉化，實現器件性能的數量級提升；研究同時實現了濕氣發電器件可規模化和芯片式集成，標志著濕氣發電器件走出邁向實際應用的重要一步。相關研究以“界面離子-電子轉化增強的濕氣能量收集器”（Interfacial ion-electron conversion enhancedmoisture energy harvester）為題發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。清華大學化學系2021級博士研究生李溥瀅為論文第一作者，清華大學化學系曲良體教授為論文通訊作者，合作者包括清華大學化學系程虎虎副研究員等。研究得到國家自然科學基金等項目的支持。
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