清华大学曲良体课题组《自然·通讯》：在湿气产电领域取得重要进展

2025-07-21 15:42:42 作者：本网发布来源：高分子科学前沿分享至：

从无处不在的水分中获取能量，在满足分散式能源需求、推动低碳经济转型方面展现出日益广阔的应用前景。水在高焓高熵气态与低焓低熵的吸附态之间发生相变时，会蕴含巨大能量。但目前，利用该能量的湿气发电器件存在功率密度低的问题（~50 mW m^-2），这一数值远低于现有绿色能源收集技术，如光伏技术（~120 W m^-2）和热电技术（~5 W m^-2），严重制约了湿气发电器件的其实际应用。

在该研究中，清华大学曲良体课题组报道了一种界面离子-电子转化增强的新策略，通过在电极表面修饰电容性材料，增加界面离子存储位点，并在界面处引入氧化还原电对，构建离子-电子转化新路径。这种新策略可将单器件输出电流密度提升至9.2 mA cm^-²，功率密度提升至6.7 W m^-²，比此前报道的湿气发电器件高出约60倍，接近钙钛矿太阳能电池和热电器件的输出水平。

界面离子-电子转换增强的湿气发电器件设计策略

基于优异的单器件输出性能，进一步开发了激光可拓展器件制备技术。通过器件集成，发电性能能够得到进一步提升。集成器件阵列可以轻易实现数百毫安和数十伏特的电量输出。产生的能量可以储存在高容量电容器和商用锂电池中，驱动商用电风扇等商业电子元器件正常工作，展现了其在商业应用方面的潜力。此外，器件初步展示了其在微型柔性电子领域的潜力。在柔性电子芯片上，1 cm²内的器件阵列能够驱动LED灯正常工作。

界面离子-电子转换增强的湿气发电器件的应用

该研究为发展高性能湿气发电器件提供了新的认识和设计思路，通过促进界面离子-电子转化，实现器件性能的数量级提升；研究同时实现了湿气发电器件可规模化和芯片式集成，标志着湿气发电器件走出迈向实际应用的重要一步。

相关研究以“界面离子-电子转化增强的湿气能量收集器”（Interfacial ion-electron conversion enhancedmoisture energy harvester）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。清华大学化学系2021级博士研究生李溥滢为论文第一作者，清华大学化学系曲良体教授为论文通讯作者，合作者包括清华大学化学系程虎虎副研究员等。研究得到国家自然科学基金等项目的支持。

免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。