背景介绍
湿气发电器件（MEG）可以通过持续吸附大气中的湿气，将大气中水分的化学势能转化为电能，从而为物联网和可穿戴设备提供电能。研究人员通过构建器件内部湿度梯度，增强外场或引入更多活性离子等方法极大提升了器件的输出性能。有机/无机纳米材料的复合体系可以确保湿气的高效吸附、离子的持续解离和释放，以及传输的纳米通道，是一种有效的设计策略，但是离子在有机/无机材料中的传输机制尚不明确，限了器件的电学输出和稳定性。
成果简介
本文报道了通过在硅纳米线阵列上原位制备高吸湿性聚丙烯酰胺离子水凝胶，开发出了一种高效的有机-无机杂化MEG。在相对湿度为60%和温度为35°C的条件下，该器件的开路电压高达1.28 V，并且在连续工作800小时后仍能保持60%的峰值性能，比报道的类似器件的工作时间超出了约三倍。本研究为改善MEG的电学性能输出和工作时间提供了一种通用的离子选择机制，即水合半径较小和价态较低的离子可以在纳米通道内更快地迁移，从而提高MEG的电学性能输出。该成果近期发表在Energy & Environmental Science上，能源学院2021级硕士研究生段文婧与纳米学院博士后邵贝贝为论文共同第一作者，通讯作者是能源学院刘瑞远教授。
近期进展
该工作是刘瑞远教授团队近期关于可穿戴能源材料与器件的最新进展之一。团队聚焦于可穿戴传感器件的供电需求，以碳、硅及其复合功能纳米材料为核心，开发了系列高效环境能量转化器件（Advanced Materials 2023, 35, 202305438；Advanced Energy Materials 2023, 13, 2204091；Nano Energy 2023, 106, 108081；Advanced Materials 2018, 30, 1705195；Advanced Materials 2018, 30, 1705918）和柔性自驱动传感器件（Nature Communications 2024, 15, 1238；Progress in Materials Science 2023, 138, 101156；Nano Energy 2022, 95, 106991；Nano Energy 2022, 95, 107056；Advanced Functional Materials 2018, 28, 1705808；Materials Today 2018, 21, 216），也系统探索了集成发电和储能装置的柔性自充电电源（Nature Review Materials 2022, 7, 870;Small 2023, 19, 2303949；Materials Today Energy 2023, 33, 101276；Advanced Energy Materials 2020, 10, 2000523）。
课题组主页
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原文链接
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00171k