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節(jié)能增效！科學(xué)家構(gòu)建了熱傳導(dǎo)增強型柔性水伏發(fā)電系統(tǒng)

2022-05-18 14:34:29來源：蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所 閱讀量：121 評論

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導(dǎo)讀：近年來，利用蒸發(fā)驅(qū)動水流經(jīng)過功能化納米通道，在固-液界面相互作用下，將環(huán)境熱能轉(zhuǎn)化為電能的水伏效應(yīng)是新興的綠色環(huán)境能源捕獲技術(shù)。

　　近年來，利用蒸發(fā)驅(qū)動水流經(jīng)過功能化納米通道，在固-液界面相互作用下，將環(huán)境熱能轉(zhuǎn)化為電能的水伏效應(yīng)是新興的綠色環(huán)境能源捕獲技術(shù)。
 
　　由于蒸發(fā)的自發(fā)性和地理環(huán)境約束小等特性，水伏發(fā)電機可以實現(xiàn)長時間、持續(xù)的產(chǎn)能，在用于自驅(qū)動傳感、可穿戴電子器件能源供給等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，水伏發(fā)電器件研究多聚焦于通過納米結(jié)構(gòu)設(shè)計或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能，而環(huán)境中緩慢的水分子蒸發(fā)速度(驅(qū)動力小)是限制水伏器件產(chǎn)電效率的瓶頸。
 
　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張珽團隊在前期濕氣驅(qū)動的自供能柔性可穿戴傳感系統(tǒng)(Nano letters, 2019,19,5544-5552)、用于柔性傳感器件能源供給的水伏發(fā)電機(Nano Energy, 2020,72,104663)以及可利用汗液發(fā)電的水伏發(fā)電機(Nano Energy, 2021, 85, 105970)等工作的基礎(chǔ)上，將柔性離子熱電(i-TE)明膠材料與多孔Al2O3水伏發(fā)電機結(jié)合，利用它們的協(xié)同作用構(gòu)建了熱傳導(dǎo)增強型柔性水伏發(fā)電系統(tǒng)。
 
　　該系統(tǒng)中，i-TE材料可有效改善水伏發(fā)電機與環(huán)境之間的熱傳導(dǎo)。同時，水蒸發(fā)消耗熱量提供了可靠的溫度梯度，為熱電模塊提供穩(wěn)定的溫差用于產(chǎn)能。此外，該系統(tǒng)可以利用光熱轉(zhuǎn)換提升水伏發(fā)電機的溫度，將輸出電壓提升至6.4V。
 
　　該研究從熱能捕獲和能量傳導(dǎo)的角度，為打破環(huán)境桎梏提升水伏發(fā)電機性能以及設(shè)計柔性可穿戴自供能系統(tǒng)提供了新策略。相關(guān)研究成果以Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金國家杰出青年科學(xué)基金項目/面上項目與國家重點研發(fā)計劃等的支持。新加坡南洋理工大學(xué)科研人員參與研究。
 


圖1.熱傳導(dǎo)增強型柔性水伏發(fā)電機結(jié)構(gòu)和機理示意圖
 


圖2.基于多孔d-Al2O3柔性水伏模塊的產(chǎn)電性能
 


圖3.基于i-TE離子明膠的柔性熱電模塊的組成及產(chǎn)電性能
 


圖4.熱傳導(dǎo)增強型柔性水伏發(fā)電機性能驗證
 


圖5.熱傳導(dǎo)增強型柔性水伏發(fā)電機用于可穿戴傳感器件能源供給
 

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