基于炭黑的水蒸發(fā)產(chǎn)電：一種新型發(fā)電裝置

李軼

(DepartmentofChem istry and Biochemistry,University ofCalifornia,Santa Cruz,California 95064,USA)

基于炭黑的水蒸發(fā)產(chǎn)電：一種新型發(fā)電裝置

李軼

(DepartmentofChem istry and Biochemistry,University ofCalifornia,Santa Cruz,California 95064,USA)

過去的幾十年里，世界各國的科學家們一直致力于從復雜環(huán)境中收集能量，包括振動能、太陽能、風能和海洋能。而如何將日常環(huán)境中低品質(zhì)熱能有效地轉(zhuǎn)換成電能卻依然是一項非常有挑戰(zhàn)性的課題。傳統(tǒng)的流動電位(stream ing potential)1通過外加的壓力差或者濃度差來產(chǎn)生電位差。對于如何在不使用額外的能源輸入的條件下，依靠自然的過程來發(fā)電，這方面的研究吸引了眾多科學家的興趣。自然界的水蒸發(fā)無處不在，這個過程伴隨著從周圍環(huán)境中收集熱能2。如果能夠?qū)⑦@部分能量有效地轉(zhuǎn)化為電能，將具有重要的科學意義和社會價值。

華中科技大學武漢光電國家實驗室(籌)周軍教授課題組、南京航空航天大學郭萬林教授課題組以及中山大學鄧少芝教授和陳建教授課題組合作發(fā)現(xiàn)水在納米結(jié)構(gòu)的炭黑表面的蒸發(fā)可以產(chǎn)生電能。通過水分子的蒸發(fā)誘導的水在多孔碳中定向流動，一塊幾平方厘米大小、數(shù)十微米厚的炭黑層在室溫條件下可以產(chǎn)生高達1 V的穩(wěn)定電壓。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，通過熱處理和等離子體處理在炭黑表面產(chǎn)生的官能團，例如C―OH、C―O―C、C＝O以及O＝C―OH等，對于高的電壓生成至關(guān)重要。對比研究發(fā)現(xiàn)，同等條件下未處理的炭黑層只能產(chǎn)生45μV的電壓。該研究僅利用非常簡易的材料和裝置即可將自然環(huán)境中無處不在的低品質(zhì)熱能自動轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能。

相關(guān)工作近期發(fā)表在Nature Nanotechnology雜志上3，通過進一步優(yōu)化碳材料表面的水蒸發(fā)和流動誘導電勢，這種新型發(fā)電裝置有望運用于消毒、凈化水源以及海水淡化等方面4。此外，這種發(fā)電裝置在炎熱地區(qū)具有非常可觀的應用前景。

(1)VanWagenen,R.A.;Andrade,J.D.J.Colloid Interface Sci. 1980,76,305.doi:10.1016/0021-9797(80)90374-4

(3)Xue,G.;Xu,Y.;Ding,T.;Li,J.;Yin,J.;Fei,W.;Cao,Y.;Yu,J.; Yuan,L.;Gong,L.;Chen,J.;Deng,S.;Zhou,J.;Guo,W.Nat. Nanotechnol.2017,doi:10.1038/nnano.2016.300

(4)Ghasemi,H.;Ni,G.;Marconnet,A.M.;Loomis,J.;Yerci,S.; Miljkovic,N.;Chen,G.Nat.Commun.2014,5,4449.doi: 10.1038/ncomms5449

A New Electric Generator Based on Water-Evaporation-Induced Electricity of Carbon Black

LIYat
(DepartmentofChemistry and Biochemistry,University ofCalifornia,Santa Cruz,California 95064,USA)

enman,H.L.Proc.R.Soc.Lond.A 1948,193,120.

10.1098/rspa.1948.0037

doi:10.3866/PKU.WHXB201702131

www.whxb.pku.edu.cn