重大突破

　　 利用蒸发驱动水流经过功能化纳米通道，在固-液界面相互作用下将环境热能转化为电能的水伏效应是近年来新兴的绿色环境能源捕获技术。由于蒸发的自发性和地理环境约束小等特性，水伏发电机可以实现长时间、持续的产能，因此在用于自驱动传感、可穿戴电子器件能源供给等方面具有广阔的应用前景。目前，对于水伏发电器件的研究大都聚焦于通过纳米结构设计或表面功能化处理来提升产电性能，然而，环境中缓慢的水分子蒸发速度（驱动力小）是限制水伏器件产电效率的瓶颈。 

　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的张珽研究员团队在前期湿气驱动的自供能柔性可穿戴传感系统(Nano letters. 2019,19,5544-5552.)、用于柔性传感器件能源供给的水伏发电机(Nano Energy. 2020,72,104663.)以及可利用汗液发电的水伏发电机(Nano Energy., 2021, 85, 105970.)等工作基础上，将柔性离子热电(i-TE)明胶材料与多孔Al2O3水伏发电机结合，利用它们的协同作用构建了一种热传导增强型柔性水伏发电系统。在该系统中，i-TE材料可有效改善水伏发电机与环境之间的热传导。同时，水蒸发消耗热量提供了可靠的温度梯度，为热电模块提供稳定的温差用于产能。此外，该系统可以利用光热转换提升水伏发电机的温度，将输出电压提升至6.4V。 

　　该工作从热能捕获和能量传导的角度为打破环境桎梏提升水伏发电机性能以及设计柔性可穿戴自供能系统提供了新策略。相关研究成果以题目为“Enhancing hydrovoltaic power generation through heat conduction effects”发表于《Nature communications》 上。论文第一作者为中科院苏州纳米所博士后李连辉和硕士研究生冯思佳，通讯作者为张珽研究员，并得到了新加坡南洋理工刘政教授的支持。该工作得到了国家自然科学基金杰出青年基金、面上基金以及国家重点研发计划等项目的支持。 

图1. 热传导增强型柔性水伏发电机结构和机理示意图

图2. 基于多孔d-Al2O3柔性水伏模块的产电性能

图3. 基于i-TE离子明胶的柔性热电模块的组成及产电性能

图4. 热传导增强型柔性水伏发电机性能验证

图5. 热传导增强型柔性水伏发电机用于可穿戴传感器件能源供给 

　　论文链接