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碳基湿气发电器件的研究进展
李奇军, 赵宏佳, 刘龙涛, 鹿春怡, 谈静
高等学校化学学报    2025, 46 (6): 20240413-.   DOI:10.7503/cjcu20240413
摘要   (413 HTML4 PDF(pc) (31544KB)(123)  

湿气发电是近年来兴起的一种新型能源转化方式, 它可以将大气环境湿气中的能量直接转化为电能, 且不会衍生任何污染物及有害气体. 得益于大气中无处不在的水汽和清洁无污染的发电过程, 这一发电技术适应性极宽, 不受时间、 地域及环境等自然条件限制, 因此“水汽发电”具有非常好的发展前景. 本文简单回顾了湿气发电技术的演进历程, 讨论了湿气与发电材料之间的相互作用机理, 主要包括离子梯度扩散和流动电势两个方面, 并对新型碳基吸湿层材料的种类、 特性及其优缺点进行了分析, 综合评述了湿气发电技术在最新应用领域的发展情况, 最后, 讨论了碳基湿气发电器件在应用中所面临的挑战和障碍, 并对未来该领域的研究方向进行了展望.



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Fig.12 Schematic diagram of an organic hybrid MEG composed of polyacrylamide(PAM⁃LiCl) ionic hydrogel and silicon nanowires(SiNW) incorporated with LiCl(A), top⁃down scanning electron microscopy(SEM) and energy dispersive spectroscopy(EDS) of carbon fabrics(CF) with and without poly(3,4⁃ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)(CFP) images(B), top view of PAM⁃LiCl ionic hydrogel⁃coated SiNWs SEM and EDS images(C)[36], schematic diagram of polyelectrolyte ionic paper conductor for moisture⁃induced generator(D)[37]
(A—C) Copyright 2024, the Royal Society of Chemistry; (D) Open Access.
正文中引用本图/表的段落
无机半导体材料具有良好的电子迁移率, 能在电场的影响下迅速移动载流子. 并且通常具备较高的热稳定性, 可在较宽的温度范围内正常工作. 由于其抗氧化性和耐腐蚀性强, 因此在长期使用过程中表现出较好的可靠性和耐用性. 使用无机半导体材料制造的湿气发电器件通常具有较高的性能和效率[图12(A)~(D)][36,37].
PSSA/R: poly(4-styrensulfonic acid)/rose bengal; IAM: an interface architecture with microgrooves; PMEG: polymer moist-electric generator; WEG: wet electric generator. (A) Copyright 2022, John Wiley and Sons; (B) Copyright 2023, the Royal Society of Chemistry; (C, D) Open Access. ...
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... 聚电解质, 作为一种拥有电解质基团重复单元的聚合物, 近年来已成为MEG研究领域的焦点. Xu等[34]首次提出了基于聚(4-苯乙烯磺酸)(PSSA)聚合物电解质膜的MEG, 该装置能够提供高达0.6 V的开路电压和0.1 mA/cm2的短路电流. 该优异性能得益于PSSA膜中丰富的磺酸基团在吸湿解离过程中释放大量的可移动离子, 从而在显著提升MEG性能方面发挥了关键作用, 这也为传统聚电解质膜的应用开辟了一个新的视角. 此后, 一系列的单一组分聚合物[包括PVA、 聚丙烯酸(PAA)、 羟乙基纤维素(HEC)及瓜尔胶等], 经过实验证明都可以有效用于MEG, 且由它们制备的MEG能够持续产生稳定的电压. 此外, 聚合物/GO与聚合物/聚合物的复合材料也已被确认可用于MEG的制备, 并且可以显著提升湿气发电性能. ...
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... 聚合物与石墨烯具有相似特性, 聚合物纳米线与聚合物网络之间的传质效率较高, 这一特点能够显著提升功率输出. Nie等[35]采用浓度控制电沉积法制备了聚吡咯(PPy)纳米线阵列MEG, 其高孔隙率和高表面积赋予其较高的电子转移速度, 在相对湿度为75%的环境中, 开路电压达到72 mV, 电流密度为1.43 A/cm2, 这是基于三维PPy框架MEG的10倍之多. ...
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... 无机半导体材料具有良好的电子迁移率, 能在电场的影响下迅速移动载流子. 并且通常具备较高的热稳定性, 可在较宽的温度范围内正常工作. 由于其抗氧化性和耐腐蚀性强, 因此在长期使用过程中表现出较好的可靠性和耐用性. 使用无机半导体材料制造的湿气发电器件通常具有较高的性能和效率[图12(A)~(D)][3637]. ...

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