隨著微小型、可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增，在周圍環(huán)境中收集能量進(jìn)而為低功耗電子產(chǎn)品供能并發(fā)展自供能技術(shù)，成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)電磁發(fā)電需要復(fù)雜的設(shè)備，同時(shí)，基于固固界面的摩擦產(chǎn)電在長期摩擦過程中存在材料磨損問題。有研究發(fā)現(xiàn)，基于固液界面動(dòng)態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電有望解決上述問題。但是，動(dòng)態(tài)雙電層產(chǎn)電機(jī)理尚不明確，產(chǎn)電性能有待進(jìn)一步提升。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團(tuán)隊(duì)利用離子液體部分溶解和融合纖維素納米纖維（CNFs），制備了具有高壓縮回彈性和高離子導(dǎo)電能力的CNFs多孔離子凝膠。研究發(fā)現(xiàn)，通過離子液體摻量調(diào)控鎵銦合金液態(tài)金屬與離子凝膠的界面潤濕性，使鎵銦合金液態(tài)金屬在外部機(jī)械力作用下，可以進(jìn)入離子凝膠內(nèi)部孔道；撤銷外部作用力后，鎵銦合金液態(tài)金屬可以依靠內(nèi)凝聚力撤離凝膠孔道，恢復(fù)原有形態(tài)。同時(shí)，以鎵銦合金液態(tài)金屬為動(dòng)態(tài)電極，固態(tài)金屬鉑為固定電極，受力過程中鎵銦合金液態(tài)金屬與多孔離子凝膠雙電層發(fā)生變化，引起電荷移動(dòng)而產(chǎn)電。進(jìn)一步，研究表明，鎵銦合金液態(tài)金屬動(dòng)態(tài)電極與鉑固定電極表面的雙電層在時(shí)空上的非對(duì)稱性是產(chǎn)電的關(guān)鍵。研究顯示，通過優(yōu)化條件，產(chǎn)電電流達(dá)25 μA cm–2，功率達(dá)4 mW cm–2，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)36%。
這一研究為構(gòu)筑高壓縮回彈的導(dǎo)電離子凝膠提供了策略，有望應(yīng)用于環(huán)境能量收集和無源傳感研究領(lǐng)域。
近期，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國科學(xué)院等的支持。
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基于液態(tài)金屬與多孔離子凝膠動(dòng)態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電機(jī)制及功能示意圖
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