EES：用于超高性能湿气能量收集的双梯度结构复合气凝胶

NavyLIu

2023-07-05

在湿气发电机（MEG）中引入梯度结构可以显著提高其输出性能。然而，由于材料系统和方法的限制，使得将离子密度和亲水性的梯度结合在一个系统中仍极具挑战性。四川大学邓华、傅强利用单壁碳纳米管（SWNT）和聚合物树枝状胶体，通过自组装和冷冻干燥制备了具有双梯度结构的气凝胶基MEG。

本文要点：

1) 聚合物树枝状胶体外表面具有单壁碳纳米管的仿生“核壳”结构增强了水和单壁碳管之间的直接接触和相互作用。大量单壁碳纳米管在表面改性前后形成的超高离子密度梯度（从-30.2到+27.6mV）驱动了载流子的扩散，提高了单壁碳的功率。同时，由于各种材料在稀盐酸中的溶解度不同，气凝胶中形成了32.1°至110.8°的水接触角梯度，确保了水和载体的长期稳定传输。

2) 在上述设计的基础上，MEG通过调整工作环境，展示出极高的能量密度（165.23μWh·cm^-2）、功率密度（32.59μW·cm^-2）和持续时间（120小时）。密度泛函理论模拟和Kelvin探针力显微镜证明了MEGs的电荷产生机制。此外，这些MEG还展示了在湿度传感、低功率设备电源和海水淡化方面的潜在应用，为能量收集提供了一种有效方法。

参考文献：

Xuezhong Zhang, et.al Double gradient structured composite aerogels for ultra-high performance moisture energy harvesting EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE00981E

https://doi.org/10.1039/D3EE00981E