近日,北京林业大学材料学院许凤教授团队在纤维素气凝胶领域取得新进展,在《Advanced Functional Materials》(中科院一区,影响因子18.5)以“Ambient-Dried Nanocellulose Composite Aerogels for Enhanced Hydrovoltaic Electricity Generation”为题发表论文。
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北京林业大学博士生以第一作者身份在一区top期刊(IF=18.5)发表突破性研究成果
传统上,水力发电是通过将水流的动能转换为机械能,再间接转化为电能。相比之下,新兴的水伏技术能够直接从水的蒸发过程中捕获能量并转换为电能。使用可再生资源制备的多孔气凝胶来构建水伏发电机,不仅可以提升设备的可持续性与效能,还为绿色能源的应用开辟了新的可能性。然而,传统的气凝胶制造方法,例如冷冻干燥或超临界干燥,存在成本高昂、耗时长以及需要专用设备的问题,并且这些方法制备的气凝胶在潮湿环境中强度较差。
许凤教授的研究团队开发了一种新型的纳米纤维素/碳纳米管复合气凝胶,在常压条件下制备这种材料,并成功构建了高效的水伏发电机。他们通过对原材料进行改性和优化结构设计,实现了在常压干燥和水伏发电过程中保持气凝胶的多孔网络结构稳定,同时增强了气凝胶与水分子之间的相互作用,从而提高了水伏发电效率。
实验结果显示,该复合气凝胶能够在水中长时间稳定工作,产生高达697 mV的电压和0.57 μW cm^-2的功率密度。当在盐水中测试时,其性能进一步提升,达到了850 mV的电压和3.82 μW cm^-2的功率密度。此外,该团队还展示了大规模集成的气凝胶单元可以提供定制化的电力输出,不仅能够为电子设备供电,还可以作为敏感的水泄漏检测系统,通过人机交互界面实现有效的监控。这项研究为纳米纤维素基复合材料在水伏发电领域的应用提供了一个高效且可靠的新途径,同时也促进了自供电水传感器的发展。
材料学院博士研究生曹梦遥为该论文第一作者,陈胜副教授和许凤教授为共同通讯作者,北京林业大学为第一署名单位。
该研究得到了国家自然科学基金(22378023、22108014、U22A20422)、中国天山创新团队计划项目(2023D14020)、北京林业大学5·5工程研究与创新团队项目(BLRC2023B01)等项目的资助与支持。
论文链接:
https://doi.org/10.1002/adfm.202418823