高功率水凝胶基湿电发电机

《Energy & Environmental Science》：High-power hydrogel-based moisture-electric generators

湿度发电器（MEGs）通过整合石墨烯氧化物（rGO）纳米片与氯化锂（LiCl）形成聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶复合材料（PGL），实现了0.6V开路电压和0.58mA/cm2短路电流，解决了传统MEGs需并联数百个单元的局限性，并成功驱动可穿戴电子设备。

　　

湿电发电机（MEGs）是一种新兴的离网能源技术，能够利用环境湿度来发电；然而，现有MEG设备的功率密度和运行耐久性仍不尽如人意，这限制了它们的实际应用。在本文中，我们提出了一种高性能、高灵活性的MEG，通过将还原氧化石墨烯（rGO）纳米片和LiCl整合到聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶基质（即PGL）中来实现。rGO纳米片作为导电纳米通道，促进了离子的快速传输和电荷重新分配，与吸湿性的LiCl协同作用，从而提高了发电效率。通过结合实验、分子级模拟和理论建模，我们建立了合理的、稳健的设计原则，这些原则基于化学-质量传输-电耦合的原理，有效指导了设备设计并实现了性能预测。所开发的MEG单元在开路电压方面达到了0.6 V，在短路电流方面达到了0.58 mA cm^?2的水平，而这一性能以前需要数百个MEG并联才能实现。值得注意的是，无论是串联还是并联连接的MEG组，都能够为带有集成电子元件的可穿戴设备供电。这项工作在MEG的设计和可扩展性方面取得了重大进展，为将其整合到柔性电子设备和可穿戴技术中奠定了基础。