1T相二硫化钨/碳化蚕丝导电织物的制备及其水伏发电性能

为了制备具有水伏发电性能的纺织品材料,采用高温碳化和水热合成的方法成功制备了1T相二硫化钨/碳化蚕丝(1T-WS_(2)/CS)导电织物;并将两个铝电极连接在该织物两端,制备了一种水伏发电机(HEG)。利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪等对1T-WS_(2)、CS和1T-WS_(2)/CS导电织物的微观形貌和化学结构进行了表征分析;使用接触角仪、吉利时Keithley 2400和温湿度柜等对HEG的亲水性能、输出电压和输出电流进行了测试。结果表明:1T-WS_(2)纳米片均匀地生长在CS表面;所制备的1T-WS_(2)/CS具有优异的亲水性,水接触角从19°减小到0°仅需2 s;在20μL去离子水作用下,尺寸为4 cm×1 cm的HEG可以产生高达0.45 V的输出电压和3.40μA的输出电流。此外,HEG可以集成到医用口罩上用于人体健康呼吸监测,为未来可穿戴自供电设备的设计提供了参考。

水伏发电站的规划建设及前景展望

利用水伏效应原理设计和制造的发电装置称为水伏发电机,在适当的建设场址规划和建造的以水伏发电机为发电单元的集群式水伏发电场即为水伏发电站。目前,水伏发电尚处于发电原理研究、发电材料研究以及发电机型式研究的初级阶段,仅仅在实验室实现了产电,距离工业化应用还具有很大差距。水伏发电是可再生能源和清洁能源,具有很大的理论蕴藏量,未来必将会成为现有能源结构的有力补充,随着水伏发电机技术的研发和发电技术的成熟,水伏发电技术有望在未来得到大规模的应用。

蒸发驱动水伏发电中的热质传递

蒸发驱动的水伏发电是一种新兴的能量转化技术.亲水多孔纳米材料被浸入水中时,水分子与之相互作用,在纳米通道内形成连续的水流,并携带与通道表面电性相反的离子定向移动,在通道两端形成电势差.然而,水伏发电较低的性能仍是该领域所面临的严峻挑战之一.本文分析了蒸发驱动的水伏发电技术的机理,并总结了提高蒸发驱动的水伏发电器件电学输出性能的策略,最后展望了该领域的挑战与前景.

基于还原-冷压制备的Janus湿气诱导水伏发电GO-rGO复合材料

随着万物互联、信息时代下新型传感器自供电需求的增加与传统化石能源使用所造成的全球变暖和环境问题的加剧,亟需开发新的能源利用与发电方式。水伏发电作为一种无源、零碳、负热的电能转化方式,能够充分利用自然界中的水循环,具有重要的研究价值。本文以湿气诱导水伏发电为能源利用形式,以氧化石墨烯(GO)为原材料,通过多巴胺自聚合反应将部分原材料反应为还原氧化石墨烯(rGO),结合冻干与压片的方法制备出具有两面特性的Janus水伏发电GO-rGO复合材料。该材料具有明显的含氧官能团梯度分布性质,在高湿度条件下可以进行长时发电,集成后的单个器件的开路电压接近400 mV,功率密度可达25μW/cm3,同时具有良好的稳定性,在使用1年后仍然具有较好的输出性能。更重要的是,此发电机通过串联可实现阵列化,从而进一步提升发电性能,8个器件串联输出电压便可轻易达到3 V以上,可用于小功率器件的驱动与呼气-吸气行为的响应。本湿气发电材料及器件制备方法简单,输出性能优异,在自供电与传感领域展现出良好的应用前景。

木材发电机理及应用研究进展

化石燃料过度开发导致能源危机和环境生态问题,研发绿色发电材料越发重要。木材作为一种广泛存在且可再生的资源,在全球范围内储量丰富。近年来,利用木材进行发电成为一种应对能源危机的新方式。主要介绍压电、摩擦纳米发电和水伏发电三种发电技术及发电机理,分析改性技术对木材发电性能的影响,总结当前木材作为绿色发电材料器件的优势及应用场景,并对木材发电技术的前景和面临的挑战进行展望。

全光谱碳基陶瓷纤维及其在海水淡化中的应用

[目的]为了缓解环境污染及淡水短缺等全球性问题,提出了一种将绿色可再生太阳能转换为热能用于海水淡化的环保技术,设计了一种具有全光谱吸收能力的新型纤维膜蒸发器。[方法]首先,采用静电纺丝工艺制备纳米级C@TiO_(2)纤维膜生坯,随后在800℃原位碳热还原2 h制备了深黑色的碳基陶瓷C@Ti_(4)O_(7)光热转换材料。[结果]研究结果表明:由于C元素和Ti3+的掺杂以及氧空位缺陷的存在,C@Ti_(4)O_(7)纤维膜具有远低于W-TiO_(2)的带隙,能够很好地吸收波长在200~2500 nm的太阳光。当光照强度为1kW/m^(2)时,C@Ti_(4)O_(7)纤维膜表面温度能够快速上升至74.55℃,漂浮在空气-海水界面处能够使海水的蒸发速率达到1.55 kg/(m^(2)·h),其光热转换效率高达90.68%。当光照强度为5 kW/m^(2)时,蒸发器能够产生高达460 mV的电信号,而且可在NaCl质量分数为10%的模拟海水中连续工作30 d且表面不结盐。[结论]因此,采用碳基陶瓷C@Ti_(4)O_(7)作为太阳能驱动界面蒸发器的光热转换材料不仅具有高效的光热转换效率,而且有利于大规模扩展,在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

可编织柔性纤维状水伏纳米发电机

可穿戴设备在医疗健康、物联网和机器人等领域具有广泛需求,其发展具有小型化、轻量化、柔性化的趋势,然而便携式、持续稳定的能源供给方式是限制其应用的瓶颈问题.基于水伏效应的新型环境能源捕获技术为解决可穿戴设备的持续能源供给问题提供了新的机遇.相关研究表明,碳纳米材料在对水能的转换与利用中展现了独特的优势.本文以导电炭黑为水伏材料,通过简易的浸涂法及材料表面浸润性调控,制备了水伏效应和原电池反应产能机制协同作用的可编织柔性纤维状水伏纳米发电机.其在纯水及多种盐溶液中均能实现持续稳定的产电,突破了目前水伏发电机对于水源中极低离子浓度要求的限制.值得一提的是,该水伏纳米发电机可以利用人体汗液直接发电,有望作为柔性可穿戴设备稳定的能源供给方式,解决柔性电子器件的持续能源供给问题.

地杆菌生物膜表面拖曳生电效应及其传感应用

以碳纳米管和石墨烯为代表的低维碳材料与水分子互作时产生的水伏发电效应,为从地球水循环获取绿色电能提供了全新方向.其中,石墨烯表面拖曳水滴产生“拖曳势”的现象于2014年被首次发现,有望发展成为潜在负碳排放的未来新能源技术.然而迄今为止,拖曳生电效应仅限在石墨烯为主的无机纳米材料上实现.自然界无处不在的生物膜表面,是否也存在拖曳生电效应尚无报道.本文以典型硫还原地杆菌生物膜为核心部件,组装了一套简易生物膜拖曳发电机,首次发现生物膜表面的拖曳生电现象.此发电样机通过拖曳水滴可达到0.43 V的最大感应电压,划过湿润的毛笔最高可产生2.9 V的感应电压.基于生物膜拖曳生电效应构建了四电极结构的书画传感器,通过感应表面液滴的运动方向,实现了自驱动书画传感.相比于无机纳米材料,生物膜在自然界广泛存在、自我增殖,具有生产制造成本低、过程零污染、环境友好等优点,有望发展出新型生物基水伏发电技术.在全球碳中和的背景下,本研究为生物材料在水伏发电和自驱动传感领域的应用开辟了新方向.