高性能湿气发电机用层级结构蛭石-CNF/CNT复合纳米流体膜的开发与应用

本研究针对湿气发电机(MEG)大规模应用受限于活性材料与器件结构的难题，开发了基于离子水凝胶与蛭石-纤维素纳米纤维/碳纳米管(VM-CNF/CNT)复合膜的新型MEG。其不对称结构实现了吸湿与蒸发的动态平衡，产生湿度梯度与离子浓度梯度，在90%RH下获得0.60V开路电压(VOC)和19.6μA cm?2短路电流(JSC)，可持续为1MΩ负载供电150小时。15个单元并联可实现750μA稳定电流输出，为自供电传感与可穿戴电子提供了环保低成本的可持续能源解决方案。

　　

大气中广泛存在的水分蕴含着大量潜热能源，湿气发电机(Moisture-electric Generator, MEG)能够突破环境限制将这种潜热转化为电能。推动MEG大规模应用的关键在于活性材料的开发与器件结构的优化。本研究通过离子水凝胶与蛭石-纤维素纳米纤维(Vermiculite-Cellulose Nanofiber, VM-CNF)/碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)复合膜构建新型MEG，其特殊不对称结构实现吸湿与蒸发过程的动态平衡，在复合膜内形成湿度梯度与离子浓度梯度，从而产生持续电流。在90%相对湿度(RH)条件下，单器件可产生约0.60V的开路电压(V_OC)和19.6μA cm^?2的连续短路电流密度(J_SC)。该器件能持续为1MΩ负载供电150小时。通过简单并联组合，15个单MEG集成模块可产生750μA稳定电流。这项研究为长期可持续能量采集提供了创新策略，其环保低成本特性在自供电传感与可穿戴电子领域具有重要应用潜力。