级联离子传输与氧化还原反应协同增强的湿气能量收集技术

这篇研究报道了一种新型湿气诱导发电机（MPG），通过聚电解质双层（PSSA/PDDA）与氧化还原活性导电聚合物（PANI/PPy）的协同作用，实现H+/Cl-离子解离迁移与氧化还原反应的级联驱动。创新性引入铝网提供Al3+载流子，使短路电流密度达15.3 mA/cm2，功率提升100倍，成功驱动蓝牙低功耗（BLE）设备，为自供电电子器件开发提供新范式。

　　

Highlight

我们开发了一种基于级联驱动机制的新型湿气诱导发电机（MPG），通过离子传输与氧化还原动力学的耦合显著提升湿气-电能转化（MEET）性能。

Materials

苯胺、吡咯、盐酸（HCl）、乙炔黑等试剂购自Sigma-Aldrich。采用化学氧化聚合法制备聚苯胺-炭黑（PANI-CB）复合材料，聚吡咯-炭黑（PPy-CB）通过类似方法合成，两者分别与聚苯乙烯磺酸（PSSA）和聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）复合形成功能层。

Results and discussion

扫描电镜显示PAN-CB和PPy-CB复合材料成功包覆在碳纤维上（图1a-b）。当暴露于湿气时，PSSA层解离H⁺离子，PDDA层释放Cl^-离子，而铝网持续提供Al³⁺载流子。氧化还原反应（PANI氧化/PPy还原）动态消耗积累离子并产生新载流子，形成独特的双相电压曲线（图2c）。优化后的器件在75%湿度下功率密度达1.33 mW/cm²，串联8个单元即可驱动9 mW的BLE设备。

Conclusions

这种集成铝网/PANI-PPy的MPG通过级联离子传输-氧化还原机制突破传统性能极限。氧化还原反应不仅缓解电荷堆积，还再生载流子，为环境能量收集技术开辟新路径。