【
仪表网 研发快讯】随着微小型、可穿戴电子设备的快速发展，以及低能耗分布式
传感器需求的与日俱增，从周围环境中收集能量，为低功耗的电子产品供能，发展自供能技术，吸引了研究人员广泛的关注。机械运动在自然环境中普遍存在，是绿色、广泛的能量来源。传统电磁发电需要复杂的设备，而基于固固界面的摩擦产电，在长期摩擦过程中也存在材料磨损的问题，基于固液界面动态双电层的机械能产电有望解决上述问题，然而动态双电层产电机理仍不明确，产电性能也有待进一步提高。
青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心李朝旭研究员带领的高端材料制造研究组，针对动态双电层产电瓶颈，利用离子液体(IL)部分溶解和融合纤维素纳米纤维(CNFs)，制备了具有高压缩回弹性和高离子导电能力的CNFs多孔离子凝胶；同时，通过IL掺量调控了镓铟合金液态金属(EGaIn)与离子凝胶的界面润湿性，使EGaIn在外部机械力作用下，可以进入离子凝胶内部孔道；撤销外部作用力后，EGaIn可以依靠内凝聚力完全撤离凝胶孔道，恢复原有形态。以EGaIn为动态电极，固态金属铂为固定电极，受力过程中EGaIn与多孔离子凝胶双电层发生变化，引起电荷移动而产电。深入研究表明，EGaIn动态电极与铂固定电极表面的双电层在时空上的非对称性是产电的关键。通过优化条件，产电电流高达25 μA cm–2、功率达4 mW cm–2，能量转化效率达36%。该研究不仅为构筑高压缩回弹的导电离子凝胶提供了有效策略，也有望为环境能量收集和无源传感提供新途径。相关成果近期发表在Advanced Function Materials.
基于液态金属与多孔离子凝胶动态双电层的机械能产电机制及功能示意图
上述研究获得国家自然科学基金、山东省泰山学者计划、山东省自然科学基金、中国科学院青促会、青岛能源所强基计划等项目和计划的经费支持。(文/图 李明杰、车欣鹏)
本站客户服务
仪表网官微
仪表APP
仪表手机版
仪表小程序
