随着化石能源日益枯竭,开发新兴的绿色能源得到了许多科研工作者的关注。湿气发电技术是一种新型的能源转换方式,可以将大气环境中湿气扩散产生的化学能直接转化为电能。然而,现有湿气发电装置(MEG)仍存在产电功率低、对湿度依赖性强、集成难等问题,限制了其在实际生活中的应用。
碳点作为一种新型纳米材料,因其成本低、合成途径简单、稳定性高等优点而受到广泛关注。碳化聚合物点(CPDs)是CDs的最新子类,相对于以碳主体为核心结构的石墨烯量子点或碳纳米点, CPDs具有聚合物/碳杂化结构和丰富的表面官能团,在MEG应用方面具有巨大潜力。尤其一些植酸化碳化聚合物点(PA-CPDs),相比于羧基为主的CPDs,具有更强的吸湿性和更好的电离能力。即使低空气湿度下,也可发生有效的电离和离子迁移,有利于湿气发电器件全天候产电。
选用不同活性金属作为电极,设计异质电极结构,可显著提升离子浓度差,有利于提升产电功率。液态金属合金(LM)是一种新兴的尖端功能材料,已广泛应用于微电子、机器人、生物医学等领域。由锡和铟组成的LM合金具有灵活多变、可编织、可打印等特性,在大规模和高效率的制造MEG电极方面具有重要的潜力。然而,据我们所知,以LM合金为电极的MEG器件还未见报道。
鉴于此,扬州大学丁建宁教授、李奇军特聘教授和江苏大学谈静副研究员团队通过设计植酸化碳化聚合物点和异质电极结构,开发了全天候适用、高效、可集成的 CPDs 基MEG。在85%的空气湿度下,器件可持续稳定工作,输出电压高达 0.8V,电流密度1.6 mA/cm2,电流和功率密度(1312 µW cm−2)为目前湿气发电领域最高记录。即使在15%的低空气湿度下,器件也能提供 0.65V 的电压和 12μA-2的电流输出,展示了全天候工作能力。借助于CPDs可印刷性,通过丝网印刷实现了器件的大规模集成,获得了210V和40mA的电能输出,并成功为商用微电子设备供电。
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