青岛能源所制备生物基纳米纤维气凝胶发电器件

2020-03-18 07:09 来源:未知

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随着能源危机和环境问题的日益加剧,绿色、可再生能源器件的研究和应用得到了全球的广泛关注。其中,太阳能、热能、机械能、风能、生物电化学能源等陆续被用来发电,在自供电系统和可穿戴领域有广泛的应用前景。然而,上述能源形式在应用上仍然有较多限制,例如太阳能发电装置需要持续光照;摩擦或者压力发电需要持续的相对运动,对材料与装置的机械性能要求较高。

梯度掺杂的聚合物纳米线湿气发电机

最近,湿气作为自然界和生物过程中广泛存在的资源正被用来发电,扩展了自然界中可用来发电的资源。然而,目前湿气发电主要是依靠碳纳米材料与水的相互作用实现的。例如,曲良体等人将氧化石墨烯薄膜通过电化学方法处理后,膜上下表面的含氧官能团呈现出一种可控的梯度分布状态。这种含氧官能团的梯度分布结构,使薄膜一旦接触湿气,上下表面的湿度也会呈现出梯度排布,这会引发正负电荷分离并发生定向移动,从而使上下表面产生0.2V的电势差。但是,碳纳米材料的宏量制备难度较大、成本较高,复杂的器件结构也影响了大规模应用。低成本、高性能的湿气发电材料与器件研发依然是该领域研究的重点与难点。

能源与环境的相关问题一直激励着科研人员对新能源材料及其相关器件的开发。寻找简单、高效的可再生能源,实现能源和社会的可持续发展在当今社会显得非常重要。具有官能团梯度的湿气发电材料出现或将开启能源领域的一个新研究方向。通过材料中固定的官能团梯度,借助湿气使得材料官能团上较小离子解离并在浓度梯度差的驱使下迅速定向移动,从而产生电压和电流输出。

另一方面,在自然界中,很多生物体及人体生理过程中伴随着基于体液/组织液的生物电现象。例如,树液在树干中自下往上运输会产生流动电势;细胞膜由于内外离子及浓度差异,存在跨膜电势。尽管生物质产量巨大,成本低廉且绿色可再生,利用生物基材料与水/湿气的相互作用制备发电装置,仍然具有很大的挑战。

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