隨著微小型、可穿戴電子設備的發展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增，在周圍環境中收集能量進而為低功耗電子產品供能并發展自供能技術，成為研究熱點。傳統電磁發電需要復雜的設備，同時，基于固固界面的摩擦產電在長期摩擦過程中存在材料磨損問題。有研究發現，基于固液界面動態雙電層的機械能產電有望解決上述問題。但是，動態雙電層產電機理尚不明確，產電性能有待進一步提升。
中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團隊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電能力的CNFs多孔離子凝膠。
基于液態金屬與多孔離子凝膠動態雙電層的機械能產電機制及功能示意圖
研究發現，通過離子液體摻量調控鎵銦合金液態金屬與離子凝膠的界面潤濕性，使鎵銦合金液態金屬在外部機械力作用下，可以進入離子凝膠內部孔道;撤銷外部作用力后，鎵銦合金液態金屬可以依靠內凝聚力撤離凝膠孔道，恢復原有形態。同時，以鎵銦合金液態金屬為動態電極，固態金屬鉑為固定電極，受力過程中鎵銦合金液態金屬與多孔離子凝膠雙電層發生變化，引起電荷移動而產電。進一步，研究表明，鎵銦合金液態金屬動態電極與鉑固定電極表面的雙電層在時空上的非對稱性是產電的關鍵。研究顯示，通過優化條件，產電電流達25 μA cm–2.功率達4 mW cm–2.能量轉化效率達36%。
這一研究為構筑高壓縮回彈的導電離子凝膠提供了策略，有望應用于環境能量收集和無源傳感研究領域。 近期，相關成果發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院等的支持。
參考文獻： 中國光學期刊網
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