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中化新網訊 7月2日，東華大學發(fā)布消息稱，該校俞建勇院士和覃小紅教授團隊研制設計了一種高性能靜電紡納米纖維可穿戴濕氣發(fā)電機。相關成果分別發(fā)表于《材料視界》和《材料化學學報A》。業(yè)內專家表示，該項研究成果為高性能濕氣發(fā)電材料的研發(fā)、濕氣發(fā)電機結構設計及其應用提供了新的研究思路。
這是該團隊在靜電紡納米纖維濕氣發(fā)電機領域取得的重要進展，相關成果分別以“具有持久1.1伏電壓輸出的納米纖維織物基離子梯度增強的濕氣發(fā)電機”為題，發(fā)表于《材料視界》;以“靜電紡納米纖維織物：一種高效、透氣、可穿戴的濕氣發(fā)電機”為題，發(fā)表于《材料化學學報A》。
濕氣發(fā)電作為一種新興的綠色能量獲取方式，可以利用大氣環(huán)境中水蒸發(fā)或濕氣中的能量產生電能，在智能可穿戴領域引起人們的廣泛關注。然而，現有的濕氣發(fā)電材料缺乏必要的可穿戴性能如透氣性和舒適性，同時其低電壓輸出和復雜的制造工藝，阻礙了其實際應用。
為此，研究人員以靜電紡絲技術作為制備濕氣發(fā)電材料的一種新策略，設計了一系列高性能的可穿戴濕氣發(fā)電機，在濕氣刺激下最高可達到0.83伏的輸出電壓，高于大部分報道的聚合物材料。
研究人員還闡明了其發(fā)電機理，靜電紡納米纖維膜優(yōu)異的濕氣發(fā)電性能來自于多孔纖維膜內部的離子梯度差與流動電勢的共同作用。具有含氧官能團的濕氣發(fā)電材料在濕氣刺激下，電離出自由移動的氫離子，并借由在不對稱電極兩側形成的水分梯度差異形成離子梯度差異。此外，納米纖維膜孔道結構中形成的基于雙電層的流動電勢，又對發(fā)電性能起到了增強作用。
基于上述原理，研究人員進一步通過對濕氣發(fā)電機的結構進行設計，提出引入活性金屬電極的新方法，顯著增強了靜電紡納米纖維膜內部的離子梯度差，從而大幅增加輸出電壓。該研究團隊設計的新型濕氣發(fā)電機的發(fā)電電壓達到了1.1伏，并保持40000秒以上的時間不衰減。該濕氣發(fā)電機不僅可以通過串聯增強輸出電壓以帶動小型用電器，如商業(yè)二極管及電子手表。同時，他們制備的濕氣發(fā)電機還可以用于氨氣泄露檢測以及火災預警等災害預警系統(tǒng)，拓寬了靜電紡納米纖維基濕氣發(fā)電機的應用場景。
