在两性离子聚合物中，通过水分吸附-解吸诱导的离子往复扩散实现交替循环发电

《Advanced Functional Materials》：Moisture Adsorption-Desorption Induced Ion Reciprocating Diffusion in Zwitterionic Polymer for Alternating-Cycle Power Generation

两性离子凝胶-P（DMAPS-co-AM）通过LiCl溶液构建吸湿层，结合电极界面Na离子引入，有效屏蔽聚合物基质与Na离子的静电作用，促进水引导的离子单向迁移。实验证明在交替高（93%RH）低（15%RH）湿度条件下，水分子迁移带动Na离子反向扩散，揭示了界面设计对离子迁移的调控机制，为延长MEGs寿命提供新思路。

　　

摘要

绝大多数利用水分驱动的发电机（MEGs）的工作原理是基于水分吸附引起的离子定向迁移。吸水后，凝胶逐渐达到饱和状态，气液相变停止，从而导致能量输出时间有限。利用湿度变化来诱导离子的交替吸附和脱附是一种产生周期性且持续电输出的有前景的方法。然而，在水分脱附过程中，离子的逆向迁移受到复杂的静电相互作用、水合作用以及聚合物-水界面空间限制的阻碍。这种单向的离子传输会导致离子积累，从而限制了设备使用寿命的进一步提高。因此，迫切需要探索聚合物-水界面设计策略，以实现离子随水分的迁移。在本研究中，将两性离子凝胶P（DMAPS-co-AM）浸泡在LiCl溶液中以形成吸湿层，并在电极-凝胶界面引入自由Na离子。由于两性离子凝胶优先与LiCl结合，它有效地屏蔽了聚合物基质与Na离子之间的相互作用，从而促进了Na离子在水中的迁移。当设备在交替的高湿度（93%RH）和低湿度（15%RH）条件下运行时，离子会发生反向扩散，表明离子会跟随水分子在凝胶中移动。对影响离子逆向迁移性能的两性离子界面机制的研究为未来设计更高效的MEGs提供了新的思路。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突