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干貨滿滿！“第四屆地質(zhì)與稀土樣品處理及檢測技術(shù)專場線上研討會(huì)”邀你報(bào)名
2025年5月15日14：00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“第四[詳細(xì)]
打破環(huán)境桎梏 熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型柔性水伏發(fā)電機(jī)助力可穿戴電子
2022年05月18日 10:17:47
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：2824
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(jì)或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能，然而，如何在變形條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電和高輸出功率，并實(shí)現(xiàn)輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統(tǒng)依然面臨很多挑戰(zhàn)。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】傳統(tǒng)的水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電逐步成為能源供給的主流，但是受地域環(huán)境限制，目前傳統(tǒng)的清潔能源難以滿足巨大的能源消耗需求。因此，探索新的清潔能源供給成為當(dāng)務(wù)之急。
水在地表有豐富的儲(chǔ)量，而且是極易流動(dòng)和蒸發(fā)的液體，并且水存儲(chǔ)的巨大能量通過流動(dòng)和蒸發(fā)進(jìn)行釋放，一種利用光熱與水的“水伏發(fā)電”為開發(fā)清潔能源指明了一個(gè)新途徑。“水伏發(fā)電”就是利用納米光熱材料，高效將太陽能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化，使水形成水蒸氣驅(qū)動(dòng)納米發(fā)電機(jī)，從而將蒸發(fā)能轉(zhuǎn)化為電能。
近年來，利用蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)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(jī)可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間、持續(xù)的產(chǎn)能，在用于自驅(qū)動(dòng)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。
“水伏發(fā)電”是一種納米結(jié)構(gòu)的發(fā)電，機(jī)理已經(jīng)明確，水的各種流動(dòng)、蒸發(fā)會(huì)直接產(chǎn)生電能，利用這一機(jī)理可以制備各類大型、小型、柔性的“水伏發(fā)電”裝置。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(jì)或表面功能化處理來提升產(chǎn)電性能，然而，如何在變形條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電和高輸出功率，并實(shí)現(xiàn)輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統(tǒng)依然面臨很多挑戰(zhàn)。
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(tuán)隊(duì)在前期濕氣驅(qū)動(dòng)的自供能柔性可穿戴傳感系統(tǒng)、用于柔性傳感器件能源供給的水伏發(fā)電機(jī)以及可利用汗液發(fā)電的水伏發(fā)電機(jī)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(jī)結(jié)合，利用它們的協(xié)同作用構(gòu)建了熱傳導(dǎo)增強(qiáng)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(jī)與環(huán)境之間的熱傳導(dǎo)。同時(shí)，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(jī)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(jī)性能以及設(shè)計(jì)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。
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