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高性能纳米纤维可穿戴湿气发电机问世

文章来源：中国化工报更新时间：2021-07-05 14:19:54

为湿气发电材料研发应用提供新思路

　　中化新网讯 7月2日，东华大学发布消息称，该校俞建勇院士和覃小红教授团队研制设计了一种高性能静电纺纳米纤维可穿戴湿气发电机。相关成果分别发表于《材料视界》和《材料化学学报A》。业内专家表示，该项研究成果为高性能湿气发电材料的研发、湿气发电机结构设计及其应用提供了新的研究思路。

　　这是该团队在静电纺纳米纤维湿气发电机领域取得的重要进展，相关成果分别以“具有持久1.1伏电压输出的纳米纤维织物基离子梯度增强的湿气发电机”为题，发表于《材料视界》;以“静电纺纳米纤维织物：一种高效、透气、可穿戴的湿气发电机”为题，发表于《材料化学学报A》。

　　湿气发电作为一种新兴的绿色能量获取方式，可以利用大气环境中水蒸发或湿气中的能量产生电能，在智能可穿戴领域引起人们的广泛关注。然而，现有的湿气发电材料缺乏必要的可穿戴性能如透气性和舒适性，同时其低电压输出和复杂的制造工艺，阻碍了其实际应用。

　　为此，研究人员以静电纺丝技术作为制备湿气发电材料的一种新策略，设计了一系列高性能的可穿戴湿气发电机，在湿气刺激下最高可达到0.83伏的输出电压，高于大部分报道的聚合物材料。

　　研究人员还阐明了其发电机理，静电纺纳米纤维膜优异的湿气发电性能来自于多孔纤维膜内部的离子梯度差与流动电势的共同作用。具有含氧官能团的湿气发电材料在湿气刺激下，电离出自由移动的氢离子，并借由在不对称电极两侧形成的水分梯度差异形成离子梯度差异。此外，纳米纤维膜孔道结构中形成的基于双电层的流动电势，又对发电性能起到了增强作用。

　　基于上述原理，研究人员进一步通过对湿气发电机的结构进行设计，提出引入活性金属电极的新方法，显著增强了静电纺纳米纤维膜内部的离子梯度差，从而大幅增加输出电压。该研究团队设计的新型湿气发电机的发电电压达到了1.1伏，并保持40000秒以上的时间不衰减。该湿气发电机不仅可以通过串联增强输出电压以带动小型用电器，如商业二极管及电子手表。同时，他们制备的湿气发电机还可以用于氨气泄露检测以及火灾预警等灾害预警系统，拓宽了静电纺纳米纤维基湿气发电机的应用场景。

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