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多种能量收集存储为一体的自充电编织物研发成功
针对上述想法,在王中林院士指导下,由文震博士、叶旻鑫博士和郭恒宇等组成的团队,研发了一种基于纤维管状的摩擦纳米发电机、染料敏化太阳能电池和超级电容器的多能量收集及存储复合织物系统。其中,染料敏化太阳能电池主要是利用EVA软管作为基础框架结构,在Ti线上使用电化学阳极氧化法制备了TiO2纳米管,在碳纤维上生长了Pt作为对电极,注入电解液封装后,即构成了单根的纤维管状染料敏化太阳能电池,在标准光源条件下其短路电流密度、开路电压和填充因子分别为11.92 mA/cm2,0.74 V,和0.64,光电转换效率可达5.64%;超级电容器主要也是利用EVA软管作为基础框架结构,利用蒸汽热法在碳纤维上制备了RuO2·xH2O,使用PVA/H3PO4作为电解液,在1,000μA的高电流密度下,比电容仍可保持在1.9 mF/cm,能量密度可达1.37 mJ/cm;摩擦纳米发电机主要是基于染料敏化太阳能电池和超级电容器的基础结构,在EVA管表面镀置电极和摩擦层材料,单对纤维管状摩擦纳米发电机在模拟接触分离运动时可输出12.6 V电压和0.15 μA电流。单根的各类器件均采用柔性结构材料,并在不同弯曲角度均展现出较好的输出性能,因此可将上述器件任意组合,编织成不同的形状和样式,并根据输出性能进行电路设计,最终实现同时收集太阳能和人体运动机械能并储存于该织物的目的。
该可持续供电织物具有非常高的能量收集效率,可轻易的驱动传统的电子设备,如发光二极管、数字手表和各种传感器等,我们相信通过后续的不断改进和产业化规范制造,在不久的将来,可以轻松的利用我们的新型自供电纺织物为更大功率的可穿戴电子设备直接充电。相关工作近日以“Self-Powered Textile by Hybridizing All Fiber-Shaped Triboelectric Nanogenerator-Solar Cell-Supercapacitor for Wearable Electronics”为题发表于最新一期的《Science Advances》期刊。
来源:北京纳米能源与系统研究所