碳基湿气发电器件的研究进展

李奇军, 赵宏佳, 刘龙涛, 鹿春怡, 谈静

PDF(3407 KB)
PDF(3407 KB)
高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6) : 63-75. DOI: 10.7503/cjcu20240413
综合评述

碳基湿气发电器件的研究进展

作者信息 +

Research Progress of Carbon-based Moisture Power Generation Devices

Author information +
History +

摘要

湿气发电是近年来兴起的一种新型能源转化方式, 它可以将大气环境湿气中的能量直接转化为电能, 且不会衍生任何污染物及有害气体. 得益于大气中无处不在的水汽和清洁无污染的发电过程, 这一发电技术适应性极宽, 不受时间、 地域及环境等自然条件限制, 因此“水汽发电”具有非常好的发展前景. 本文简单回顾了湿气发电技术的演进历程, 讨论了湿气与发电材料之间的相互作用机理, 主要包括离子梯度扩散和流动电势两个方面, 并对新型碳基吸湿层材料的种类、 特性及其优缺点进行了分析, 综合评述了湿气发电技术在最新应用领域的发展情况, 最后, 讨论了碳基湿气发电器件在应用中所面临的挑战和障碍, 并对未来该领域的研究方向进行了展望.

Abstract

Moisture-enabled electricity generation(MEG), an emerging energy-harvesting technology, has attracted significant attention in recent years. Owing to the ubiquitous presence of water vapor and the pollution-free nature of the power generation process, MEG technology demonstrates strong adaptability, that is, it is not limited by natural conditions such as season, region and environment. This paper presents a comprehensive review of the evolution of MEG technology. It discusses the interaction mechanism between moisture and power generation materials, primarily focusing on ion gradient diffusion and streaming potential. It also provides a detailed analysis of the types, characteristics, advantages and disadvantages of new carbon-based hygroscopic layer materials. Furthermore, it describes the development of moisture power generation technology in the latest application fields.

关键词

水汽 / 吸湿层 / 电极 / 湿气发电

Key words

Water vapor / Hygroscopic layer / Electrode / Moisture power generation

中图分类号

O631

引用本文

导出引用
李奇军 , 赵宏佳 , 刘龙涛 , . 碳基湿气发电器件的研究进展. 高等学校化学学报. 2025, 46(6): 63-75 https://doi.org/10.7503/cjcu20240413
LI Qijun, ZHAO Hongjia, LIU Longtao, et al. Research Progress of Carbon-based Moisture Power Generation Devices[J]. Chemical Journal of Chinese Universities. 2025, 46(6): 63-75 https://doi.org/10.7503/cjcu20240413

参考文献

1
Wang X., Lin F., Wang X., Fang S., Tan J., Chu W., Rong R., Yin J., Zhang Z., Liu Y., Guo W., Chem. Soc. Rev. 202251, 4902—4927
2
Zhao F., Cheng H., Zhang Z., Jiang L., Qu L., Adv. Mater. 201527, 4351—4357
3
Lu W., Ong W. L., Ho G. W., J. Mater. Chem. A 202311, 12456—12481
4
Zhang Z., Li X., Yin J., Xu Y., Fei W., Xue M., Wang Q., Zhou J., Guo W., Nat. Nanotech. 201813, 1109—1119
5
Yang S., Tao X., Chen W., Mao J., Luo H., Lin S., Zhang L., Hao J., Adv. Mater. 202234, 2200693
6
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. Nanotech. 201712, 317—321
7
Sun Z., Feng L., Wen X., Wang L., Qin X., Yu J., Mater. Horiz. 20218, 2303—2309
8
He T., Wang H., Lu B., Guang T., Yang C., Huang Y., Cheng H., Qu L., Joule 20237, 935—951
9
Zhao F., Liang Y., Cheng H., Jiang L., Qu L., Energ. Environ. Sci. 20169, 912—916
10
Huang Y., Cheng H., Yang C., Zhang P., Liao Q., Yao H., Shi G., Qu L., Nat. Commun. 20189, 4166
11
Xiong C., Li B., Duan C., Dai L., Nie S., Qin C., Xu Y., Ni Y., Chem. Eng. J. 2021418, 129518
12
Zhu R., Zhu Y., Chen F., Patterson R., Zhou Y., Wan T., Hu L., Wu T., Joshi R., Li M., Cazorla C., Lu Y., Han Z., Chu D., Nano Energy 202294, 106942
13
Zhao C. X., Liu J. N., Li B. Q., Ren D., Chen X., Yu J., Zhang Q., Adv. Funct. Mater. 202030, 2003619
14
Han Y., Zhang Z., Qu L., FlatChem 201914, 100090
15
Huang Y., Cheng H., Shi G., Qu L., ACS Appl. Mater. Interfaces 20179, 38170—38175
16
Lee K. H., Park H., Eom W., Kang D. J., Noh S. H., Han T. H., J. Mater. Chem. A 20197, 23727—23732
17
Badatya S., Kumar A., Sharma C., Srivastava A. K., Chaurasia J. P., Gupta M. K., Mater. Lett. 2021290, 129493
18
Ru Y., Ai L., Jia T., Liu X., Lu S., Tang Z., Yang B., Nano Today 202034, 100953
19
Zhu S., Zhang J., Qiao C., Tang S., Li Y., Yuan W., Li B., Tian L., Liu F., Hu R., Gao H., Wei H., Zhang H., Sun H., Yang B., Chem. Commun. 201147, 6858—6860
20
Xia C., Zhu S., Feng T., Yang M., Yang B., Adv. Sci. 20196, 1901316
21
Li Q., Zhou M., Yang Q., Yang M., Wu Q., Zhang Z., Yu J., J. Mater. Chem. A 20186, 10639—10643
22
Qin J., Yang X., Shen C., Chang Y., Deng Y., Zhang Z., Liu H., Lv C., Li Y., Zhang C., Dong L., Shan C., Nano Energy 2022101, 107549
23
Yan Z., Li N., Chang Q., Xue C., Yang J., Hu S., Chem. Eng. J. 2023467, 143443
24
Li Q., Qin Y., Cheng D., Cheng M., Zhao H., Li L., Qu S., Tan J., Ding J., Adv. Funct. Mater. 202333, 2211013
25
Liu X., Gao H., Ward J. E., Liu X., Yin B., Fu T., Chen J., Lovley D. R., Yao J., Nature 2020578, 550—554
26
Yang W. Q., Study on the Construction and Properties of Moisture Power Generation Materials Based on Biomass Nanofibers, Qingdao University, Qingdao, 2020
杨伟庆. 基于生物质纳米纤维的湿气发电材料构筑及其性能研究, 青岛: 青岛大学, 2020
27
Bao R., Luo H., Liu L., Yi J., Tao J., Li C., Compos. Commun. 202338, 101491
28
Sun Z., Feng L., Xiong C., He X., Wang L., Qin X., Yu J., J. Mater. Chem. A 20219, 7085—7093
29
Tan J., Fang S., Zhang Z., Yin J., Li L., Wang X., Guo W., Nat. Commun. 202213, 3643
30
Zhu R., Zhu Y., Hu L., Guan P., Su D., Zhang S., Liu C., Feng Z., Hu G., Chen F., Wan T., Guan X., Wu T., Joshi R., Li M., Cazorla C., Lu Y., Han Z., Xu H., Chu D., Energ. Environ. Sci. 202316, 2338—2345
31
Bai J., Huang Y., Wang H., Guang T., Liao Q., Cheng H., Deng S., Li Q., Shuai Z., Qu L., Adv. Mater. 202234, 2103897
32
Bai J., Liao Q., Yao H., Guang T., He T., Cheng H., Qu L., Energ. Environ. Sci., 202316, 3088—3097
33
Maity D., Fussenegger M., Adv. Sci. 202310, 2300750
34
Xu T., Ding X., Huang Y., Shao C., Song L., Gao X., Zhang Z., Qu L., Energ. Environ. Sci. 201912, 972—978
35
Nie X., Ji B., Chen N., Liang Y., Han Q., Qu L., Nano Energy 201846, 297—304
36
Duan W., Shao B., Wang Z., Ni K., Liu S., Yuan X., Wang Y., Sun B., Zhang X., Liu R., Energ. Environ. Sci. 202417, 3788—3796
37
Wu P., Chen Y., Luo Y., Ji W., Wang Y., Qian Z., Duan Y., Li X., Fu S., Gao W., Liu D., ACS Appl. Mater. Interfaces 202416, 32198—32208
38
Shen D., Xiao M., Zou G., Liu L., Duley W. W., Zhou Y. N., Adv. Mater. 201830, 1705925
39
Qin Y., Wang Y., Sun X., Li Y., Xu H., Tan Y., Li Y., Song T., Sun B., Angew. Chem. Inter. Ed. 202059, 10619—10625
40
Yang S., Zhang L., Mao J., Guo J., Chai Y., Hao J., Chen W., Tao X., Nat. Commun. 202415, 3329
41
Huang Y., Cheng H., Qu L., ACS Mater. Lett. 20213, 193—209
42
Bai J. X., Huang Y. X., Wang H. Y., Guang T. L., Liao Q. H., Cheng H. H., Deng S. H., Li Q. K., Shuai Z. G., Qu L. T., Adv. Mater. 202234, 2103897
43
Xu T., Ding X., Cheng H., Han G., Qu L., Adv. Mater. 202436, 2209661
44
Xu Y., Li Z., Shi C., Li Y., Lei Y., Peng G., Yu T., Ren H., Wang H., Fan H., Zhang Y., Ci Z., Wang Q., Jin Z., Adv. Mater. 202436, 2406128
45
Wang H., Sun Y., He T., Huang Y., Cheng H., Li C., Xie D., Yang P., Zhang Y., Qu L., Nat. Nanotech. 202116, 811—819
46
Yang S., Zhang L., Mao J., Guo J., Chai Y., Hao J., Chen W., Tao X., Nat. Commun. 202415, 3329
47
Bai J., Huang Y., Cheng H., Qu L., Nanoscale 201911, 23083—23091
48
Duan Z., Yuan Z., Jiang Y., Zhao Q., Huang Q., Zhang Y., Liu B., Tai H., Chem. Eng. J. 2022446, 136910
49
Gao K., Sun J., Lin X., Li Y., Sun X., Chen N., Qu L., J. Mater. Chem. A 20219, 24488—24494
50
He W., Li P., Wang H., Hu Y., Lu B., Weng C., Cheng H., Qu L., ACS Nano 202418, 12096—12104

评论

PDF(3407 KB)

Accesses

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/