您好!欢迎光临先丰纳米![登录][注册]
产品新闻 首 页 > 新闻中心 > 产品新闻
逆天!雨滴也能发电?
2018/7/25 15:27:12


“好雨知时节 当春乃发生”

从古至今,雨水就一直滋润万物!

 在这小小的雨滴中,在科学家眼里,则蕴含着无数的能量

       ——雨滴发电!

近日北京科技大学张跃教授课题组制作了一种可穿戴的自清洗和自充电的电力系统(SPS),并且设计成一款电力雨衣,将水能转化为电能,持续地为发光二极管(LED)供电,实现了整个自供电系统。


    SPS由一种具有两憎性表面的液压摩擦电纳米发电机(H-TENG)和几个纤维状超级电容器(FSCs)组成。通过合成a-Fe2O3/reduced graphene oxide 复合材料作为FSCs的活性材料以实现其高效性。


如下图1a所示:SPS包含了两个主要部分,一个是聚四氟乙烯(PTFE)表面涂上两憎性涂层的H-TENG,另一个是四个嵌入式的FSCs。SPS的背面用聚二甲基硅氧烷(PDMS)包裹起来,防止水的渗透。SPS将水滴能量转化为电能,并将其储存在FSCs中。

1 sps的结构和自洁性能


1b显示一些液体在H-TENG涂层表面的液滴照片。水、矿物油、汽油液滴在表面呈球形,易于滚动,不易附着。图1c是H-TENG涂层表面微观结构的扫描电镜图像(SEM)。H-TENG的涂层表面由许多纳米级的颗粒和气孔组成,采用喷雾法制备。图1d所示,水,矿物油和汽油的接触角(CAs)分别是115.53°,114.64°,109.05°。

为了验证H-TENG的自清洁效果,在相同尺寸的(1cm *1 cm) H-TENG 和PTFE表面上沾染活性炭,将H-TENG和PTFE倾斜45°,用5毫升的水注射至表面进行清洗。

1e,f所示,在初始状态下,照片显示H-TENG和PTFE表面均为白色。活性炭随机喷洒后,表面均被污染为黑色。清洗结束后,H-TENG表面活性炭被清洗掉,PTFE表面仍为黑色。在实际应用中,可以通过雨水或自来水达到清洗效果。

 

H-TENG的工作原理


当水滴从空中落下时,由于与空气接触带电或粒子漂移,会摩擦产生电荷。我们选择几个带正电的水滴来说明能量产生的动态过程,如图2a-i。H-TENG表面与水相互作用后,保留了一层长时间不会消散的负表面电荷。当带正电荷的水滴接触到H-TENG表面时,正电荷会屏蔽H-TENG表面的负的摩擦电荷。电极A和电极B产生相反的极性电荷,导致电极之间的不平衡电势驱动自由电子从A向B流动直至达到平衡如图2a-ii。随着水滴不断流动,自由电子从B极流向A极,如图2a-iii,直到两个电极上的电荷被逆转,如图2a-iv。如果水滴与H-TENG周期性地接触和分离,可以提供连续的电力输出。

 

3 FSCs活性材料的对比


通过制备FSCs有效地储存了H-TENG采集的能量,采用a-Fe2O3/RGO复合材料作为FSCs的活性物质。图3b是几种活性材料 (GO,RGO,a-Fe2O3,a-Fe2O3/RGO)的x射线衍射图(XRD)。为了验证a-Fe2O3/RGO是具有优势的FSCs的活性材料,如图3 c所示,通过比较不同活性材料/碳纤维(CF)(a-Fe2O3/RGO,a-Fe2O3,RGO,空白CF)的循环伏安曲线,收集的扫描速率100 mV s-1,可以看出a-Fe2O3/RGO复合材料比其他材料达到了更高的电容电流,显示了a-Fe2O3/RGOFSCs 优越的电化学性能。

 

4 SPS应用在电力雨衣中


4e,f显示的是以SPS为基础设计的电力雨衣,其胸前有红色的LED。当电力雨衣的H-TENG部位被水淋到时,H-TENG就会采集水,将其转化为电能。当用水淋浴100S后,LED就会被点亮,放电时间可以超过300秒。

综上所述,张跃教授课题组通过H-TENG和FSCs设计了可自清洗和自充电的电力系统(SPS),并在实际的电力雨衣中实现应用。

后期若应用在光伏发电上,晴天和雨天皆可发电。对于自然资源日益匮乏的今天,将是历史性的突破!


文章中用到a-Fe2O3/RGO作为FSCs的活性材料,其制备原料中有来自先丰纳米的氧化石墨烯

论文标题:

An Amphiphobic Hydraulic Triboelectric Nanogenerator for a Self-Cleaning and Self-Charging Power System

IF: 19.791



微信扫一扫
即可在线咨询

立享在线注册,在线下单等便捷服务