隨著微小型、可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增，在周圍環(huán)境中收集能量進而為低功耗電子產(chǎn)品供能并發(fā)展自供能技術(shù)，成為研究熱點。傳統(tǒng)電磁發(fā)電需要復(fù)雜的設(shè)備，同時，基于固固界面的摩擦產(chǎn)電在長期摩擦過程中存在材料磨損問題。有研究發(fā)現(xiàn)，基于固液界面動態(tài)雙電層的機械能產(chǎn)電有望解決上述問題。但是，動態(tài)雙電層產(chǎn)電機理尚不明確，產(chǎn)電性能有待進一步提升。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團隊利用離子液體部分溶解和融合纖維素納米纖維(CNFs)，制備了具有高壓縮回彈性和高離子導(dǎo)電能力的CNFs多孔離子凝膠。
基于液態(tài)金屬與多孔離子凝膠動態(tài)雙電層的機械能產(chǎn)電機制及功能示意圖
研究發(fā)現(xiàn)，通過離子液體摻量調(diào)控鎵銦合金液態(tài)金屬與離子凝膠的界面潤濕性，使鎵銦合金液態(tài)金屬在外部機械力作用下，可以進入離子凝膠內(nèi)部孔道;撤銷外部作用力后，鎵銦合金液態(tài)金屬可以依靠內(nèi)凝聚力撤離凝膠孔道，恢復(fù)原有形態(tài)。同時，以鎵銦合金液態(tài)金屬為動態(tài)電極，固態(tài)金屬鉑為固定電極，受力過程中鎵銦合金液態(tài)金屬與多孔離子凝膠雙電層發(fā)生變化，引起電荷移動而產(chǎn)電。進一步，研究表明，鎵銦合金液態(tài)金屬動態(tài)電極與鉑固定電極表面的雙電層在時空上的非對稱性是產(chǎn)電的關(guān)鍵。研究顯示，通過優(yōu)化條件，產(chǎn)電電流達(dá)25 μA cm–2.功率達(dá)4 mW cm–2.能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)36%。
這一研究為構(gòu)筑高壓縮回彈的導(dǎo)電離子凝膠提供了策略，有望應(yīng)用于環(huán)境能量收集和無源傳感研究領(lǐng)域。 近期，相關(guān)成果發(fā)表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院等的支持。
參考文獻： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)
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