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打破环境桎梏 热传导增强型柔性水伏发电机助力可穿戴电子
2022年05月18日 10:17:47
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：2882
目前，水伏发电器件研究多聚焦于通过纳米结构设计或表面功能化处理来提升产电性能，然而，如何在变形条件下实现稳定发电和高输出功率，并实现轻量化、柔性化可穿戴传感微系统依然面临很多挑战。
【化工仪器网 项目成果】传统的水利发电、风力发电、光伏发电逐步成为能源供给的主流，但是受地域环境限制，目前传统的清洁能源难以满足巨大的能源消耗需求。因此，探索新的清洁能源供给成为当务之急。
水在地表有丰富的储量，而且是极易流动和蒸发的液体，并且水存储的巨大能量通过流动和蒸发进行释放，一种利用光热与水的“水伏发电”为开发清洁能源指明了一个新途径。“水伏发电”就是利用纳米光热材料，高效将太阳能进行光热转化，使水形成水蒸气驱动纳米发电机，从而将蒸发能转化为电能。
近年来，利用蒸发驱动水流经过功能化纳米通道，在固-液界面相互作用下，将环境热能转化为电能的水伏效应是新兴的绿色环境能源捕获技术。由于蒸发的自发性和地理环境约束小等特性，水伏发电机可以实现长时间、持续的产能，在用于自驱动传感、可穿戴电子器件能源供给等方面具有广阔的应用前景。
“水伏发电”是一种纳米结构的发电，机理已经明确，水的各种流动、蒸发会直接产生电能，利用这一机理可以制备各类大型、小型、柔性的“水伏发电”装置。目前，水伏发电器件研究多聚焦于通过纳米结构设计或表面功能化处理来提升产电性能，然而，如何在变形条件下实现稳定发电和高输出功率，并实现轻量化、柔性化可穿戴传感微系统依然面临很多挑战。
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽团队在前期湿气驱动的自供能柔性可穿戴传感系统、用于柔性传感器件能源供给的水伏发电机以及可利用汗液发电的水伏发电机等工作的基础上，将柔性离子热电(i-TE)明胶材料与多孔Al2O3水伏发电机结合，利用它们的协同作用构建了热传导增强型柔性水伏发电系统。
该系统中，i-TE材料可有效改善水伏发电机与环境之间的热传导。同时，水蒸发消耗热量提供了可靠的温度梯度，为热电?？樘峁┪榷ǖ奈虏钣糜诓?/strong>。此外，该系统可以利用光热转换提升水伏发电机的温度，将输出电压提升至6.4V。 该研究从热能捕获和能量传导的角度，为打破环境桎梏、提升水伏发电机性能以及设计柔性可穿戴自供能系统提供了新策略。
相关研究成果以Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。
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