聚氧化金属酸盐发电装置收集大气中的自然湿度,通过离子的不均匀分布和定向移动产生连续的电信号,实现了低价值能量的高效收集和利用。
值得注意的是,这是首个采用纳米级聚氧化金属盐材料的湿度发电机。这一发现的意义表明,在低价值能源的可持续利用方面,这是一条前景广阔的新研究途径。
这项研究成果最近在《纳米研究》杂志上发表。
研究人员走上这条道路,是为了解决能源转换小工具性能不一致的问题。他们要解决的一个紧迫问题是,用于大气湿度发电的材料十分匮乏,而这些材料又存在局限性。东北师范大学化学系教授陈伟林阐述道:"我们希望了解大气湿度能到电能的转换过程,以及聚氧金属酸盐在大气湿度发电中的作用。"
了解聚氧化金属酸盐及其潜力
聚氧甲基丙烯酸酯(又称 POMs)具有独特的形态和功能特性,这使它们在可控合成、组装和性能研究方面特别有用。它们是一类用途广泛的无机分子材料。POM 纳米材料可以自组装形成能够收集大气湿度的微孔结构。它们还对环境友好,在光、热和化学环境中具有很高的稳定性。研究人员预计,POM 纳米材料有望成为有效利用大气湿度的材料。
科学家们将 POM 构建成有机铵-聚氧阴离子团簇。这些团簇被组装成薄膜发电机,发电机上有被称为微孔的纳米级微孔,能够在大气湿度下工作。他们的微小 POM 发电机能产生 0.68 V 的电压,而且非常稳定,在大气湿度为 10% 到 90% 的几乎所有自然环境下都能连续工作。
工作机制和潜在应用
POM 大气湿度发生器的工作原理是 POM 纳米团簇通过 POM 纳米线薄膜中的微孔自发吸收大气湿度。它们形成了水的分布梯度,这是发电的结构基础。事实证明,POM 发电机具有高稳定性和持续发电性能。
研究小组确定,POM 发电装置可以有效地收集自然界的大气湿度,并通过离子的不均匀分布和定向运动产生连续的电信号。这项工作为低值能源的持续利用提供了新思路,也为聚氧化金属化学提供了新的研究视角。
在自然环境中开发连续低值能源的需求十分迫切。在过去的研究中,科学家们已经创造出了收集和使用低值能源的装置。然而,由于低值能源具有间歇性和不稳定性,因此这些装置一直受到限制。近年来,科学家们在利用大气湿度能方面取得了进展。然而,该团队的 POM 发电机是首个能够持续发电的湿度发电机。
这种革命性的POM发生器有很多潜在的应用,比如检测人体呼吸过程;检测、记录和报警环境湿度;与电器结合,实现设备的持续供电;满足多种场景的用电需求等。
"最重要的启示是,通过对POMs纳米材料的设计和改性,实现了利用大气湿度的连续发电,并利用POMs纳米材料的特性,深入理解了大气湿度发电的机理。"陈晓东说。
前进之路
展望未来,研究人员希望通过筛选和优化材料来提高大气湿度发电的效率。他们还希望加深对大气湿度发电过程的理解。
陈说:"最终目标是通过探索优化湿度发生器效率的机制,实现湿度发生器的高效利用,促进能源和环境的可持续发展。"