华南理工成功研制长周期自发呼吸空气水分子的天然离子木材发电机
编辑：admin 日期：2022-03-20 19:14:45 / 人气：
华南理工大学刘德桃课题组受树木自然生长过程中水分子、离子运输机制启发，开发了一种木材腔壁微纳米表面操纵技术，由天然木材直接加工成了一种特殊的离子木材功能结构，同时还保存了天然木材独特的从上到下能够定向输送离子的微通道，并在腔壁表面形成了一种由纳米纤维素粘连LiCl纳米粒子构建的蜘蛛网状超结构，高效捕集空气水分子，实现高效可持续的离子运输机制，使得自供电设备的电量输出水平及其稳定性方面取得了重大突破。
图1 离子木材的制备过程及器件的发电性能
单个器件面积（40 mm×40 mm×3.0 mm）具有优异的产电能力（～700 mV开路电压，～712 μA短路电流；其中短路电流输出能力是当前大多数功能材料的100～1000倍）。该项新技术还具有很强的气候环境适应性和稳定性，在严苛的外界环境中及剧烈的环境因素的波动下电压可以保持相对稳定，在环境湿度大动态变化下（RH= 5～100%）获得较稳定发电的优势，该项新技术突破并解决了当前湿气产电设备难以实现高电压、高电流及稳定性的共性难题，将为未来战场极端野外生存、军用蜜蜂无人机、高空大气气候监测、干旱沙漠及南极洲极端环境作业取电提供了新的技术支持。
图2 器件的放电性能与湿度的关系及器件的充放电曲线
图3 器件的湿气转换机理
图4湿气发电的应用
课题组成员还通过充放电曲线的测试，发现该器件也具有类似于商业电池一样的反复充放电的性能，不同的是该器件充电的原料仅仅是环境空气中无处不在的水分子，而不是电力。
在后续进一步技术与材料结构优化中，还发现该设备可在空气中长周期自发地反复充放电且衰减很小，具有在室内建筑照明设备供电、新能源交通动力、军事工业等应用的巨大商业潜力，已获得相关知名企业的高度关注和紧密洽谈。
近日，该科研成果以Useful Spontaneous Hygroelectricity from Ambient Air by Ionic Wood为题名获得国际高水平知名期刊《Nano Energy》在线发表。刘德桃老师为论文的通讯作者，硕士生李杨为论文第一作者。其他参研人员崔结东、沈浩宇、刘超成、吴培琳、钱志云、段雨龙均为本项工作做出了重要贡献。该项研究得到了广东省自然科学基金项目等课题的资助。