【聚焦“雙一流”】我校物理與材料科學學院在納米儲能與發電領域取得雙進展

發布時間:2020-05-19

        本網訊(物理與材料科學學院)近日,我校物理與材料科學學院吳明在教授、胡海波教授課題組在可拉伸微型超級電容器領域取得重要進展。同時,物理與材料科學學院王佩紅教授課題組在摩擦納米發電機領域取得重要成果。

1 (a)基于具有層間電子/離子雙傳輸通道MXene/BC@PPy復合薄膜電極的可拉伸微型超容器件制備流程示意圖;(b)50 mV/s掃描速度下不同拉伸率下可拉伸超容器件循環伏安圖;(c)單個儲能單元和含有五個儲能單元的可拉伸超容器件的恒電流充放電圖。

二維單層MXene自組裝薄膜由片層密堆積引起的層間離子傳輸受阻嚴重制約了其潛在電化學性能的開發?;诖?,吳明在教授和胡海波特任教授課題組提出了一種層間電子/離子雙傳輸通道設計策略(圖1):基于一維導電細菌纖維素@聚吡咯在二維單層MXene片層間的均勻插層,同步構筑層間電子/離子雙傳輸通道,有效緩解了二維單層MXene自組裝薄膜由片層密堆積引起的層間離子傳輸受阻以及由插層物引起的層間電子傳輸受阻問題,實現了MXene/BC@PPy復合電極薄膜面電容密度的有效提升。通過進一步引入島橋電極結構設計,所制備的可拉伸超容器件可以同時獲得高達200.47 mF cm-2的面電容密度以及200%的拉伸率。此項研究工作為兼具高能量密度和拉伸率的可拉伸微型超容器件的研制提供了新的策略和思路。

2 (a)用于收集波浪能的新型圓柱形TENG結構示意圖;(b)電極之間電勢分布仿真圖;(c)該TENG在不同負載下的輸出電流及功率關系;(d)水波驅動下TENG陣列為全自動無線水文監測系統自供電的實物圖以及(e)未來智慧海洋使用該TENG網絡為各種海洋傳感器供電的藍圖。

當前用于收集波浪能的摩擦納米發電機(TENG)的挑戰在于如何在增大發電機輸出功率的同時減小摩擦阻力的影響?;诖?,王佩紅教授課題組提出了一種面向波浪能收集的高性能圓柱形TENG的新型設計方案(圖2),利用圓柱形復擺結構有效收集各種往復運動能量包括波浪能。新型的拱形薄膜結構設計不僅增加接觸面積,而且實現了雙向轉動,同時柔彈性接觸又大大降低了摩擦阻力。該TENG的峰值功率密度達到了28.2 W m-3,是傳統球殼結構TENG的4倍。在水波驅動下,由4個圓柱形TENG構成的TENG網絡成功驅動了一個全自動水文監測和無線數據傳輸系統。該新型TENG在未來藍色能源收集與自驅動水文監測等領域展現出良好的應用前景。

  

上述兩項科研成果均發表于納米能源領域國際一流期刊《Nano Energy》上。鏈接為:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104812https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104937。


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