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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隊研制設(shè)計了一種高性能靜電紡納米纖維可穿戴濕氣發(fā)電機。相關(guān)成果分別發(fā)表于《材料視界》和《材料化學(xué)學(xué)報A》。業(yè)內(nèi)專家表示，該項研究成果為高性能濕氣發(fā)電材料的研發(fā)、濕氣發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用提供了新的研究思路。

　　這是該團隊在靜電紡納米纖維濕氣發(fā)電機領(lǐng)域取得的重要進展，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的濕氣發(fā)電機”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”為題，發(fā)表于《材料化學(xué)學(xué)報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，同時其低電壓輸出和復(fù)雜的制造工藝，阻礙了其實際應(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)計了一系列高性能的可穿戴濕氣發(fā)電機，在濕氣刺激下最高可達到0.83伏的輸出電壓，高于大部分報道的聚合物材料。

　　研究人員還闡明了其發(fā)電機理，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電勢的共同作用。具有含氧官能團的濕氣發(fā)電材料在濕氣刺激下，電離出自由移動的氫離子，并借由在不對稱電極兩側(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電勢，又對發(fā)電性能起到了增強作用。

　　基于上述原理，研究人員進一步通過對濕氣發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，提出引入活性金屬電極的新方法，顯著增強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。該研究團隊設(shè)計的新型濕氣發(fā)電機的發(fā)電電壓達到了1.1伏，并保持40000秒以上的時間不衰減。該濕氣發(fā)電機不僅可以通過串聯(lián)增強輸出電壓以帶動小型用電器，如商業(yè)二極管及電子手表。同時，他們制備的濕氣發(fā)電機還可以用于氨氣泄露檢測以及火災(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)電機的應(yīng)用場景。