濕氣發電機 (MEG)已經成為一種很有前途實現碳中和的綠色能源技術。近期,香港理工大學智能可穿戴系統研究院陶肖明教授團隊成功設計了一種基于超分子水凝膠的綠色濕氣發電機。這種綠色濕氣發電機不僅可以獲得高達0.11 mW cm?2功率密度,還能大規模的集成獲得65 mA的電能輸出,并成功的應用到日常生活中。這種綠色濕氣發電機具有高性價比,高效可集成,柔性可穿戴等優點,在物聯網和自供電的可穿戴電子系統等應用領域具有極大的應用前景。相關工作以“Green moisture-electric generator based on supramolecular hydrogel with tens of milliamp electricity toward practical applications” 為題線上發表在最新一期《Nature Communications》。第一作者是港理大博士后楊素。
圖1. a, 濕氣發電結構及裝置;b, 單個MEG的開路電壓輸出;c, 單個MEG的負載電流輸出;負載電荷是1 k?; d, 報道的直流MEGs性能對比圖。
圖2. 集成的MEG器件的電壓和電流輸出性能。
圖3.集成的MEG設備作為直流電源的應用,包括自驅動的可穿戴電子系統應用,家用小型設備供電及自驅動二極管應用。
得利于這類綠色MEG高效直流的電能輸出,集成擴大的MEG器件可以直接用于許多可穿戴電子設備,甚至家用小型設備的供電器件,無需任何額外的整流電路和電容器。比如,一件整合了MEG的運動衣可以隨時隨地為智能手表充電(圖3a-c),從而使得智能手表可以擺脫笨重的充電器,就算在戶外也能保持長時間工作。更可觀的是,一個2.5W的燈泡被一組10*24并聯*串聯集成的MEGs連續點亮(圖3d)。僅采用兩個串聯的MEGs, 就能使LCD時鐘穩定運行一個月(圖3e)。此外,MEG已成功地作為柵極電壓用于調制MOSFET(圖3f-h)。這些實際生活的應用進而印證MEG器件質輕尺寸小,柔性可穿戴,且具有高功率輸出和可擴大集成等優點。為開發綠色、多用途和高效的物聯網和可穿戴電子系統的電源開辟了全新的前景。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-47652-3
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