CN115466474A - 湿气发电材料及装置 - Google Patents
湿气发电材料及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115466474A CN115466474A CN202210577026.7A CN202210577026A CN115466474A CN 115466474 A CN115466474 A CN 115466474A CN 202210577026 A CN202210577026 A CN 202210577026A CN 115466474 A CN115466474 A CN 115466474A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acid
- water
- film
- electrode
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims description 49
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 43
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 43
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 37
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 6
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N Inositol-hexakisphosphate Chemical compound OP(O)(=O)O[C@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H]1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N 0.000 claims description 19
- IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N Phytic acid Natural products OP(O)(=O)OC1C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000000467 phytic acid Substances 0.000 claims description 19
- 235000002949 phytic acid Nutrition 0.000 claims description 19
- 229940068041 phytic acid Drugs 0.000 claims description 19
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 18
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 15
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 12
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 10
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 9
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002785 Croscarmellose sodium Polymers 0.000 claims description 6
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 claims description 6
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 claims description 6
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 6
- 235000019437 butane-1,3-diol Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N n'-hydroxy-2-propan-2-ylsulfonylethanimidamide Chemical compound CC(C)S(=O)(=O)CC(N)=NO LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 6
- GAPYKZAARZMMGP-UHFFFAOYSA-N pyridin-1-ium;acetate Chemical compound CC(O)=O.C1=CC=NC=C1 GAPYKZAARZMMGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 claims description 6
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 6
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 6
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 claims description 6
- 235000010356 sorbitol Nutrition 0.000 claims description 6
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229940058015 1,3-butylene glycol Drugs 0.000 claims description 5
- CAQWNKXTMBFBGI-UHFFFAOYSA-N C.[Na] Chemical compound C.[Na] CAQWNKXTMBFBGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 5
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 5
- QDRKDTQENPPHOJ-UHFFFAOYSA-N sodium ethoxide Chemical compound [Na+].CC[O-] QDRKDTQENPPHOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001734 carboxylic acid salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000003840 hydrochlorides Chemical class 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 35
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 8
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 abstract description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 16
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 7
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 7
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 6
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 6
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 5
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 description 5
- QCQCHGYLTSGIGX-GHXANHINSA-N 4-[[(3ar,5ar,5br,7ar,9s,11ar,11br,13as)-5a,5b,8,8,11a-pentamethyl-3a-[(5-methylpyridine-3-carbonyl)amino]-2-oxo-1-propan-2-yl-4,5,6,7,7a,9,10,11,11b,12,13,13a-dodecahydro-3h-cyclopenta[a]chrysen-9-yl]oxy]-2,2-dimethyl-4-oxobutanoic acid Chemical compound N([C@@]12CC[C@@]3(C)[C@]4(C)CC[C@H]5C(C)(C)[C@@H](OC(=O)CC(C)(C)C(O)=O)CC[C@]5(C)[C@H]4CC[C@@H]3C1=C(C(C2)=O)C(C)C)C(=O)C1=CN=CC(C)=C1 QCQCHGYLTSGIGX-GHXANHINSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-M dihydrogenphosphate Chemical compound OP(O)([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 4
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 229920000331 Polyhydroxybutyrate Polymers 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000005015 poly(hydroxybutyrate) Substances 0.000 description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 3
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 2
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- XQVWYOYUZDUNRW-UHFFFAOYSA-N N-Phenyl-1-naphthylamine Chemical compound C=1C=CC2=CC=CC=C2C=1NC1=CC=CC=C1 XQVWYOYUZDUNRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- FENRSEGZMITUEF-ATTCVCFYSA-E [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].OP(=O)([O-])O[C@@H]1[C@@H](OP(=O)([O-])[O-])[C@H](OP(=O)(O)[O-])[C@H](OP(=O)([O-])[O-])[C@H](OP(=O)(O)[O-])[C@H]1OP(=O)([O-])[O-] Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].OP(=O)([O-])O[C@@H]1[C@@H](OP(=O)([O-])[O-])[C@H](OP(=O)(O)[O-])[C@H](OP(=O)([O-])[O-])[C@H](OP(=O)(O)[O-])[C@H]1OP(=O)([O-])[O-] FENRSEGZMITUEF-ATTCVCFYSA-E 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229940062672 calcium dihydrogen phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 235000019691 monocalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229940083982 sodium phytate Drugs 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- HSFQBFMEWSTNOW-UHFFFAOYSA-N sodium;carbanide Chemical group [CH3-].[Na+] HSFQBFMEWSTNOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N3/00—Generators in which thermal or kinetic energy is converted into electrical energy by ionisation of a fluid and removal of the charge therefrom
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
- C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
- C08K5/52—Phosphorus bound to oxygen only
- C08K5/521—Esters of phosphoric acids, e.g. of H3PO4
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
- C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
- C08J3/075—Macromolecular gels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/042—Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder
- C08J7/0423—Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder with at least one layer of inorganic material and at least one layer of a composition containing a polymer binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/056—Forming hydrophilic coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/16—Halogen-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D129/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Coating compositions based on hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D129/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C09D129/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/63—Additives non-macromolecular organic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2810/00—Chemical modification of a polymer
- C08F2810/20—Chemical modification of a polymer leading to a crosslinking, either explicitly or inherently
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2329/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
- C08J2329/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08J2329/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
- C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08J2379/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2429/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
- C08J2429/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08J2429/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
Abstract
本申请提供了一种湿气发电材料组合物、由所述组合物形成的薄膜以及包括所述薄膜的湿气发电装置。所述湿气发电材料组合物包含吸水聚合物、酸/水溶性盐以及有机溶剂与水的二元溶剂,所述组合物能够形成具有上表面和下表面的薄膜。所述湿气发电装置包括所述薄膜以及第一电极和第二电极,第一电极与位于基材上的所述薄膜的下表面电连接,且第二电极与所述薄膜的上表面电连接。至少薄膜的上表面被部分暴露于周围环境,并且从薄膜的上表面到下表面发生自发性吸水和离子的解离/扩散,由此在两个电极之间产生电位差和电流。
Description
本申请要求2021年6月10日提交的美国临时申请号US63/202,407的优先权,其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本申请属于湿气发电领域,具体涉及一种基于吸水聚合物复合材料的湿气发电材料以及相关的产生连续电力的发电装置。
背景技术
在传统的从液态水产生能量的方法中,水的势能经过水坝时被转化机械能而驱动发电机发电。湿气发电则直接将湿气中的化学能转化为电能,代表了一种新的能量收集方法。
地球上的水蒸气无处不在且取之不尽,其存在于大多数环境中,甚至是非常干燥的物质中也存在水蒸气。由于饱和蒸气压高于水的分压,液态水自发地蒸发到空气中。这种独特的性质为从环境湿气中连续收集能量提供了巨大潜力。凭借广泛性、连续性和作为清洁能源的优势,湿气发电提供了一种多用途策略来满足不断增长的能源需求并支持自维持***(self-sustained system)。然而,目前此类发电方法在很大程度上依赖于石墨烯或碳基材料,这些材料价格过高且制备繁琐。除此之外,低功率密度和间歇型电流密度也限制了其进一步应用。
例如,国际专利公开号WO2020/006942A1公开了一种制备多孔异构氧化石墨烯薄膜、石墨烯薄膜的新方法及使用其的发电机。但是,该多孔异构石墨烯薄膜的电压小于0.5V,且峰值输出功率密度仅2.02μW cm-2。
国际专利公开号WO2020/147443A1公开了一种湿气发电方法及其设备。该文献采用了不同的聚合物薄膜来制备发电设备。然而,由于该设备只能提供间歇性电压(0.6V)和瞬时电流(2μA)而限制了其实际应用。
国际专利公开号WO2020/069523A1公开了使用蛋白纳米线从环境湿气发电。该发电机能够在周围环境中产生持续的电力,例如在7μm厚度的薄膜上产生约0.5V的持续电压与约17A/cm2的电流密度。然而,约250nA的低短路电流(Isc)是令人失望的。
显然,本领域需要做出更多努力从具有成本效益的聚合物以及复合材料开发可持续和可连续地发电的高效发电装置。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决湿气发电相关技术中的技术问题之一。
本申请提供了一种新型湿气发电材料及装置。该材料由吸水聚合物、酸/水溶性盐以及有机溶剂与水的二元溶剂制成。该湿气发电装置随大气湿度刺激而产生连续的电压和电流输出。该湿气发电装置的持续发电源于薄膜对湿气的吸收/保持以及相伴的离子簇扩散,由此产生稳定的直流(DC)电压和DC电流而驱动电子设备。该湿气发电装置电阻小、易于制备、成本效益高、效率高且易于按比例放大。
根据本申请的一个方面,提供了一种新型的湿气发电材料组合物,其包含吸水聚合物、酸/水溶性盐,以及极性有机溶剂与水的二元溶剂。吸水聚合物、酸/水溶性盐溶解在有机溶剂与水的二元溶剂中而形成湿气发电材料组合物,并进一步用于形成薄膜。在一些实施方案中,所述湿气发电材料组合物可以是复合物。
优选地,在一些实施方案中,吸水聚合物包括但不限于聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物等中的一种或多种。
优选地,在一些实施方案中,酸包括易从水溶液质子化的无机酸和有机酸;或水溶性盐包括易从水溶液解离的无机盐和有机盐。
进一步地,在本申请的一些实施方案中,无机酸包括但不限于硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸、氢碘酸等中的一种或多种;有机酸包括但不限于植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸等中的一种或多种。
此外,在本申请的一些实施方案中,无机盐包括但不限于碱金属盐例如钾盐、钠盐、钙盐;铵盐;硝酸盐;盐酸盐;和磷酸二氢盐等中的一种或多种;有机盐包括但不限于羧酸盐,例如乙酸钠、乙酸吡啶;甲基盐例如甲基钠;和醇盐例如乙醇钠等中的一种或多种。
优选地,在一些实施方案中,有机溶剂包括但不限于醇溶剂,例如乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇等中的一种或多种。
根据本申请的另一方面,提供了一种薄膜,其由如上所述的湿气发电材料组合物形成,且具有上表面和下表面。
又根据本申请的另一方面,提供了一种湿气发电装置,其包括如上所述的薄膜,以及第一电极和第二电极,其中第一电极与位于基材上的所述薄膜的下表面电连接,而第二电极与所述薄膜的上表面电连接。至少所述薄膜的上表面被部分暴露于周围环境,并且从薄膜的上表面到下表面发生自发性吸水和质子/盐离子的解离/扩散,由此在两个电极之间产生电位差和电流。
优选地,在一些实施方案中,所述装置包括基材;和一个或多个发电单元,所述发电单元包括所述薄膜,所述薄膜具有上表面和下表面;第一电极,其与所述薄膜的下表面电连接;和第二电极,其与所述薄膜的上表面电连接,其中所述薄膜的下表面与所述基材完全或部分接触,或者所述薄膜的下表面位于所述第一电极上且所述第一电极位于所述基材上;并且其中所述薄膜的上表面被至少部分暴露于周围环境。在一个实施方案中,至少两个发电单元串联或并联在基材的一侧或两侧。在一些实施方案中,周围环境的相对湿度为至少10%。
优选地,在一些实施方案中,第一电极和第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种。
优选地,在另一个实施方案中,所述基材是柔性基材,且所述柔性基材包括聚合物膜,例如聚酯树脂膜、聚酰亚胺膜、聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚四氟乙烯胶带;和纤维膜如电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜、各种类型的合成纸等。
优选地,在一个实施方案中,湿气发电薄膜的厚度在0.1-2mm的范围内,并且大气相对湿度在10%至90%的范围内。
在一些实施方案中,湿气发电薄膜以多层方式堆叠,所述多层的每一层由一个或多个发电单元组装而成,所述发电单元串联连接或并联连接或以串联和并联两种方式的组合连接。在一些实施方案中,多层之间的电连接由穿过厚度方向的轨道完成,每层之间通过多孔间隔织物隔开,该多孔间隔织物由疏水性介质纤维如聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚乳酸、聚羟基丁酸酯等制成。
在另一方面,本申请提供了制备湿气发电装置的方法,包括a)在基材上提供第一电极;b)将水和极性有机溶剂混合以制备二元溶剂,然后向所述二元溶剂中加入吸水聚合物与酸/水溶性盐,获得均匀溶液;c)将b)的溶液施加到所述第一电极上,或施加到所述基材和所述第一电极两者上以形成薄膜,或将b)的溶液施加到所述基材上以形成薄膜并将所述第一电极电连接到所述薄膜与所述基材接触的第一表面上;以及d)将第二电极电连接到所述薄膜的与所述第一表面相对的第二表面,经在室温下干燥获得所述湿气发电所述装置。
附图简述
当结合以下具体实施方式中的非限制性实例及以下附图考虑时,将更好地理解本申请,其中:
图1是本申请的一个实施方案的湿气发电装置的示意图。
图2是单个湿气发电装置在较宽的相对湿度(RH)条件下在室温的输出电压随时间变化的曲线。
图3是本申请的一个实施方案的湿气发电装置随时间推移在周围环境中的连续电压输出(最上方曲线)。同步记录了电压输出随环境相对湿度(中间曲线)和温度(最下方曲线)的变化。
图4是本申请的一个实施方案的湿气发电装置在80%RH产生的电流I和电压Voc的演变图。
图5是本发明所报告的湿气发电机与其他发电机的性能比较。不同的点代表不同参考文献的湿气发电机的电压和电流。五角星代表本发明的湿气发电机。灰色区域表示具有连续电压输出的湿气发电机。未标灰色的区域代表显示间歇式电压输出的湿气发电机。
图6是本申请的一个实施方案的湿气发电装置在RH 85%产生的电压信号图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的实施方案。示例在附图中示出,其中贯穿这些实施方案,相同或相似的标记表示相同或相似的元件或具有相同或相似功能的元件。通过参考所附附图描述的实施方案是示例性的并意图用于解释本申请,而不应理解为对本申请的限制。
本发明人在研究本申请的实施方案时发现,当在聚合物薄膜的两侧构建不对称湿度时,薄膜中的酸或盐被水解,从而释放自由移动的载流子(carrier)。薄膜内部湿度不均匀导致载流子浓度不同。在扩散的作用下,载流子从高浓度区向低浓度区扩散。如果连接外电路,电能将输出到该外电路中,这个过程被称为湿气发电。
本申请提供的新型湿气发电材料具有强的吸水性和持水性的特征,并且具有较小的电阻。因此,本申请提供的新型湿气发电材料及设备提高了连续输出模式下的电流密度和功率密度。本申请的湿气响应性发电装置在40-90%的相对湿度(RH)是稳定的,且电压浮动小。
本申请的湿气发电材料组合物包含:吸水聚合物、酸/水溶性盐以及极性有机溶剂-水二元溶剂,其中所述吸水聚合物和所述酸/水溶性盐溶解在所述有机溶剂-水二元溶剂中。该湿气发电材料组合物可以形成具有上表面和下表面的薄膜。
本文所用术语“吸水聚合物”是指能够吸收水分,特别是周围环境中的湿气的聚合物。此类聚合物包括但不限于聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物等中的一种或多种。优选地,所述吸水聚合物是聚乙烯醇。
本文所用的术语“酸”是指遇水发生质子化的物质。优选地,本申请使用的植酸具有1.5的pKa值。作为非限制性举例,所述酸可以是无机酸例如硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸和氢碘酸等,或者可以是有机酸例如植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸等。优选地,所述酸是植酸。
本文所用的术语“水溶性盐”是指遇水解离产生相应离子的盐,优选地,其可以是无机盐例如碱金属盐例如钾盐、钠盐、钙盐,铵盐,硝酸盐,盐酸盐和磷酸二氢盐,或有机盐例如羧酸盐例如乙酸钠、乙酸吡啶,甲基盐例如甲基钠和醇盐例如醇钠。
本文所用的术语“极性有机溶剂”是指能够以任意比例与水混溶的物质。在本申请中,极性有机溶剂与水的比例无特殊限制。优选地,所述极性有机溶剂包括乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或更多种。更优选地,所述极性有机溶剂是甘油。
在本发明的湿气发电材料组合物的一些实施方案中,吸水聚合物与酸/水溶性盐的重量比在20-50%的范围内。优选地,吸水聚合物与酸/水溶性盐的重量比为25-45%。
在本发明的湿气发电材料组合物的一些实施方案中,所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比在所述组合物的重量的10%至90%的范围内。优选地,所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比为30-60%。
本发明的湿气发电材料组合物可以形成薄膜。因此,本申请提供了一种形成薄膜的方法,包括将吸水聚合物和酸/水溶性盐以一定比例添加到有机溶剂-水二元溶剂中,通过混合产生均匀溶液;将所述溶液施加到一个表面,例如基材的表面上,经过一段时间后,在所述表面上形成薄膜。在一些实施方案中,所述方法包括除去溶剂水的步骤。进一步地,所述除去溶剂水的步骤包括蒸发或干燥。在一些实施方案中,所形成的薄膜的残余含水量为5%-45%。
进一步地,本申请提供了包含所述前述由本申请的湿气发电材料组合物形成的薄膜的湿气发电装置,所述装置包括含有所述薄膜的一个或多个发电单元,所述薄膜具有上表面和下表面,以及与所述薄膜的下表面电连接的第一电极;和与所述薄膜的上表面电连接的第二电极;其中所述薄膜的下表面与所述基材完全或部分接触,或者所述薄膜的下表面位于所述第一电极上且所述第一电极位于所述基材上;并且其中所述薄膜的上表面被至少部分暴露于周围环境。
不受限于理论的束缚,当本申请的湿式发电装置中的薄膜处于无外部水分的初始状态时,电信号非常微弱或甚至未发现或产生可检测的电信号。而当薄膜的上表面被暴露于具有相对湿度的周围环境时,环境中的水分接近薄膜上表面,使得薄膜中的酸或盐发生质子化或解离,从而释放可移动的离子。吸水化合物的亲水性使水分子逐渐渗透并润湿薄膜,在此过程中,释放的离子在浓度差的驱动下,通过渗透机制被深入地转移到薄膜中。带正电荷的离子的移动将导致在外部电路上检测到电输出。
根据本申请的湿气发电装置中的基材并无限制。但是优选地,所述基材为柔性基材,例如聚合物薄膜和纤维膜。进一步地,所述聚合物薄膜包括聚酯树脂薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚四氟乙烯胶带;所述纤维膜包括电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜和合成纸。更优选地,所述柔性基材为聚酰亚胺薄膜。
特别地,在一些实施方案中,例如在基材为透湿材料的情况下,在本申请的湿气发电材料组合物形成的薄膜和基材之间还可设置一个或多个防水阻挡层。在一些实施方案中,所述防水阻挡层包括但不限于防水聚酯薄膜,聚氯乙烯薄膜,聚酰亚胺薄膜。
优选地,所述薄膜的厚度在0.1-2mm的范围内,和/或表面积在1mm2至1cm2的范围内。
在一些实施方案中,薄膜所暴露的周围环境具有至少10%的相对湿度。例如,所述周围环境的相对湿度在10%至90%的范围内。本申请提供的湿气发电装置的功率输出与相对湿度正相关。在一些实施方案中,本申请提供的湿气发电装置的电压输出为0.22-0.88V。例如,该装置在40-90%的相对湿度提供约0.8V的DC开路电压。当相对湿度从45%到80%变化时,本申请的单个湿气发电装置可产生约0.8V的高且连续的DC开路电压,持续1000小时以上。
在一个实施方案中,面积为0.25cm2且厚度为1.5mm的单个装置在RH 80%产生约238μAcm-2的连续DC短路电流密度。
在一个实施方案中,具有1cm2面积和100μm厚度的单个装置通过10kΩ的负载电阻器产生约9μA的连续DC电流,持续20小时以上。
优选地,一个单独发电单元的最佳单位面积功率密度为47μW cm-2,最大单位体积功率密度为5.9mW cm-3。
在一些实施方案中,所述湿气发电装置包括由一个或多个发电单元组装的一个或多个层,其中所述发电单元串联连接或并联连接或以串联和并联两种方式的组合连接。在一些实施方案中,所述组装层通过由疏水性纤维制成的透气间隔织物而被分隔和电绝缘。优选地,所述疏水性纤维包括聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚乳酸和聚羟基丁酸酯。在一些实施方案中,所述组装层通过厚度方向上的导电轨道连接。
在一些实施方案中,第一电极和第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种。优选地,第一电极和第二电极包括铜或铝。
本申请还提供了制备如上所述的湿气发电装置的方法,包括
a)在基材上提供第一电极;
b)将水和有机溶剂混合以制备二元溶剂,然后向所述二元溶剂中加入吸水聚合物与酸/水溶性盐,以获得均匀溶液;
c)将b)的溶液施加到所述第一电极上或施加到所述基材和所述第一电极两者上以形成薄膜,或将b)的溶液施加到所述基材上以形成薄膜并将所述第一电极电连接到所述薄膜与所述基材接触的第一表面上;以及
d)将第二电极电连接到所述薄膜的与所述第一表面相对的第二表面,从而获得所述装置。
在一些实施方案中,所述基材是柔性基材。在一些实施方案中,所述柔性基材包括聚合物薄膜例如聚酯树脂薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚四氟乙烯胶带;和纤维膜例如电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜和合成纸。
在一些实施方案中,所述吸水聚合物包括但不限于聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物等中的一种或多种。优选地,所述吸水聚合物是聚乙烯醇。
在一些实施方案中,所述酸可以是无机酸例如硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸和氢碘酸等,或者是有机酸例如植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸等。优选地,所述酸是植酸。
在一些实施方案中,所述水溶性盐是无机盐例如钾盐、钠盐、铵盐、硝酸盐、氯化钙和磷酸二氢盐,或有机盐例如乙酸钠、乙酸吡啶、甲基钠和乙醇钠。
在一些实施方案中,所述有机溶剂是能够以任意比例与水混溶的物质。例如,所述有机溶剂包括乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或更多种。优选地,所述有机溶剂是甘油。
在一些实施方案中,吸水聚合物与酸/水溶性盐的重量比在20-50%的范围内。优选地,吸水聚合物与酸/水溶性盐的重量比为25-45%。
在本发明的湿气发电材料组合物的一些实施方案中,所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比在所述组合物的重量的10%至90%的范围内。优选地,所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比为30-60%。
在一个实施方案中,步骤a)包括将第一电极用导电银浆丝网印刷在聚酰亚胺薄膜上。
在一个实施方案中,步骤b)包括使混合物在95℃下溶解2小时以获得均匀溶液。
在一个实施方案中,所述薄膜厚度为约100μm且面积为约1cm2。在另一个实施方案中,所述薄膜厚度为约1.5mm且面积为约0.25cm2。
在一些实施方案中,第一电极或第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种,优选银、铜和铝。
作为非限制性实例,下面将参照附图描述根据本申请的实施方案提出的湿气发电材料和装置。
图1是本申请的实施方案的一种柔性湿气发电装置的示意图。
如图1所示,柔性湿气发电装置包括薄膜10,该薄膜由包含吸水聚合物、酸或水溶性盐以及极性有机溶剂与水的二元溶剂的组合物形成,且该薄膜具有上表面和下表面。该装置还包括第一电极11和第二电极13,其中第一电极11与安装在柔性基材12上的薄膜10的下表面电连接,且第二电极13与薄膜10的上表面电连接。至少薄膜10的上表面被部分暴露于例如具有相对湿度最低为10%的周围环境,并且从薄膜10的上表面到下表面发生自发性吸水和离子解离/扩散,从而在两个电极之间产生电位差和电流。
这种柔性湿气发电装置易于制备、成本效益高、效率高、且易于按比例放大。例如,本申请提供的湿气发电材料可直接用于大规模生产便携式发电机。
具体地,本申请的实施方案的湿气发电装置在湿气刺激下可产生0.22-0.88V的连续DC电压和至少238μA cm-2的连续DC电流密度,且输出功率在相关技术领域的具有连续输出方式的湿气发电材料中也是突出的。
按比例放大性能可以通过简单的串联和并联操作进行。本申请的湿气发电装置结构简单,这有利于达到最大空气暴露面积并增强吸水能力。此外,由于该湿气发电装置可布置为柔性结构,因此方便使用者随身携带或穿戴,并可成功为低功率电子产品例如电子手表、计算器、LED灯泡、电子纸张以及其他电器用具供电。
具体地,本申请至少提供了以下实施方案:
1.一种湿气发电材料组合物,其包含:吸水聚合物、酸/水溶性盐以及极性有机溶剂-水二元溶剂,其中所述吸水聚合物和所述酸/水溶性盐溶解在所述有机溶剂-水二元溶剂中。
2.如方案1所述的组合物,其中所述吸水聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物中的一种或多种。
3.如方案2所述的组合物,其中所述吸水聚合物是聚乙烯醇。
4.如方案1所述的组合物,其中所述酸包括能够从水溶液质子化的无机酸和有机酸;或其中所述水溶性盐包括能够从水溶液解离的无机盐和有机盐。
5.如方案4所述的组合物,其中所述无机酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸和氢碘酸中的一种或多种;所述有机酸包括植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种。
6.如方案5所述的组合物,其中有机酸是植酸。
7.如方案4所述的组合物,其中所述无机盐包括碱金属盐例如钾盐、钠盐、钙盐;铵盐;硝酸盐;盐酸盐;和磷酸二氢盐中的一种或多种;所述有机盐包括羧酸盐例如乙酸钠、乙酸吡啶;甲基盐例如甲基钠和醇盐例如乙醇钠中的一种或多种。
8.如方案1所述的组合物,其中所述极性有机溶剂包括醇溶剂例如乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或更多种。
9.如方案8所述的组合物,其中所述极性有机溶剂是甘油。
10.如方案1-9中任一项所述的组合物,其中所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比在所述组合物的重量的10%至90%的范围内,优选30-60%。
11.如方案1所述的组合物,其中所述吸水聚合物与所述酸/水溶性盐的重量比在20-50%的范围内,优选25-45%。
12.一种薄膜,其由方案1-11中任一项所述的组合物形成。
13.一种湿气发电装置,其包括
基材;
一个或多个发电单元,所述发电单元包括方案12所述的薄膜,所述薄膜具有上表面和下表面,以及第一电极,其与所述薄膜的下表面电连接;
以及第二电极,其与所述薄膜的上表面电连接;
其中所述薄膜的下表面与所述基材完全或部分接触,或者所述薄膜的下表面位于所述第一电极上且所述第一电极位于所述基材上;并且
其中所述薄膜的上表面被至少部分暴露于周围环境。
14.根据方案13所述的装置,其中所述多个发电单元在所述基材上串联或并联连接。
15.根据方案13所述的装置,其中所述薄膜涂敷在防水层表面,优选地,所述防水层包括但不局限于聚酯树脂薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚四氟乙烯胶带和纤维膜例如电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜和合成纸。
16.根据方案13-15中所述的装置,其中所述第一电极和第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种,优选银、铜和铝。
17.如方案13-16中任一项所述的装置,其中所述基材是柔性基材。
18.如方案17所述的装置,其中所述柔性基材包括聚合物薄膜和纤维膜。
19.如方案18所述的装置,其中所述聚合物薄膜包括聚酯树脂薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚四氟乙烯胶带。
20.如方案20所述的装置,其中所述纤维膜包括电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜和合成纸。
21.如方案13-20中任一项所述的装置,其中所述薄膜的厚度在0.1-2mm的范围内,并且面积在1mm2至1cm2的范围内。
22.如方案13-21中任一项所述的装置,其中所述周围环境的相对湿度为至少10%。
23.如方案22所述的装置,其中所述周围环境的相对湿度在10%至90%的范围内。
24.如方案22或23所述的装置,其中所述装置的功率输出与相对湿度正相关。
25.如方案22或23所述的装置,其中所述装置在40-90%的相对湿度提供约0.8V的DC开路电压。
26.如方案22或23所述的装置,其中所述电压输出为0.22-0.88V。
27.根据方案23所述的装置,其中当相对湿度从45%到80%变化时,单个装置产生约0.8V的高且连续的DC开路电压,持续1000小时以上。
28.根据方案13-27中任一项所述的装置,其中面积为0.25cm2且厚度为1.5mm的单个装置在RH 80%产生约238μA cm-2的连续DC短路电流密度。
29.根据方案13-27中任一项所述的装置,其中具有1cm2面积和100μm厚度的单个装置通过10kΩ的负载电阻器产生9μA的连续DC电流,持续20小时以上。
30.如方案13-29中任一项所述的装置,其中一个单独发电单元的最佳单位面积功率密度为47μW cm-2。
31.如方案13-30中任一项所述的装置,其中一个单独发电单元的最大单位体积功率密度为5.9mW cm-3。
32.如方案13-31中任一项所述的装置,其包括一个或多个层,所述一个或多个层包括一个或多个发电单元,其中所述发电单元串联连接或并联连接或以串联和并联两种方式的组合连接。
33.如方案32所述的装置,其中所述层通过厚度方向上的导电轨道连接。
34.如方案33所述的装置,其中所述组装层通过由疏水性纤维制成的透气间隔织物而被分隔和电绝缘。
35.如方案34所述的装置,其中所述疏水性纤维包括聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚乳酸和聚羟基丁酸酯。
36.一种制备湿气发电装置的方法,包括:
a)在基材上提供第一电极;
b)将水和极性有机溶剂混合以制备二元溶剂,然后向所述二元溶剂中加入吸水聚合物与酸/水溶性盐,获得溶液;
c)将b)的溶液施加到所述第一电极上或施加到所述基材和所述第一电极两者上以形成薄膜,或将b)的溶液施加到所述基材上以形成薄膜并将所述第一电极电连接到所述薄膜与所述基材接触的第一表面上;以及
d)将第二电极电连接到所述薄膜的的与所述第一表面相对的第二表面,从而获得所述装置。
37.如方案36所述的方法,其中所述基材为柔性基材。
38.如方案37所述的方法,其中所述柔性基材选自聚合物薄膜和纤维膜。
39.如方案38所述的方法,其中所述聚合物薄膜包括聚酯树脂薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚四氟乙烯胶带。
40.如方案38所述的方法,其中所述纤维膜包括电纺聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、聚四氟乙烯微孔膜、聚酰亚胺纤维膜和合成纸。
41.如方案36所述的方法,其中所述极性有机溶剂包括醇溶剂例如乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或更多种。
42.如方案41所述的方法,其中所述极性有机溶剂是甘油。
43.如方案36-42中任一项所述的方法,其中所述吸水聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物中的一种或多种。
44.如方案43所述的方法,其中所述吸水聚合物是聚乙烯醇。
45.如方案36所述的方法,其中所述酸包括能够从水溶液质子化的无机酸和有机酸;或其中所述水溶性盐包括能够从水溶液解离的无机盐和有机盐。
46.如方案45所述的方法,其中所述无机酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸和氢碘酸中的一种或多种;所述有机酸包括植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种。
47.如方案46所述的方法,其中有机酸是植酸。
48.如方案45所述的方法,其中所述无机盐包括碱金属盐例如钾盐、钠盐、钙盐;铵盐;硝酸盐;盐酸盐;和磷酸二氢盐中的一种或多种;所述有机盐包括羧酸盐例如乙酸钠、乙酸吡啶;甲基盐例如甲基钠和醇盐例如乙醇钠中的一种或多种。
49.如方案36-48中任一项所述的方法,其中所述有机溶剂-水二元溶剂的重量比在所述组合物的重量的10%至90%的范围内,优选在所述组合物的重量的30-60%的范围内。
50.如方案36-49中任一项所述的方法,其中所述吸水聚合物与所述易于质子化的酸/易于解离的盐的重量比在20-50%的范围内,优选在25-45%的范围内。
51.如方案36-50中任一项所述的方法,其中所述第一电极和第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种,优选银、铜和铝。
52.如方案36-51中任一项所述的方法,其中a)包括将第一电极用导电银浆丝网印刷在聚酰亚胺薄膜上。
53.如方案36-52中任一项所述的方法,其中b)包括使混合物在95℃下溶解2小时以获得均匀溶液。
54.如方案36-53中任一项所述的方法,其中所述薄膜厚度约为100μm且面积为1cm2。
55.如方案36-53中任一项所述的方法,其中所述薄膜厚度约为1.5mm且面积为0.25cm2。
55.如方案36-54中任一项所述的方法,其中所述第一电极为银,且所述第二电极为铜或铝。
56.如方案36-55中任一项所述的方法,还包括去除溶剂水的步骤。
57.如方案56所述的方法,所述去除溶剂水的步骤包括蒸发或干燥。
58.如方案36-55中任一项所述的方法,还包括常温干燥。
实施例
实施例1-湿气发电装置的制备
按照如下步骤制备湿气发电装置:
(a)将第一电极用导电银浆丝网印刷在聚酰亚胺薄膜上,第一个电极经过试用后用于后续工艺。
(b)将水和甘油(Gly)(重量比1:1)均匀混合以制备二元溶剂。然后向该二元溶剂中加入总量的10wt%聚乙烯醇(PVA)和24wt%植酸(PA)。使混合物在95℃下溶解2小时以获得均匀溶液。
(c)将步骤(b)的溶液滴加在步骤(a)中预先制备的第一电极上。通常,薄膜厚度约100μm且面积为1cm2。最后,将铜电极电连接到薄膜的上表面上。经过一夜的室温(23℃)干燥制备得到湿气发电装置。
在本实施例中,将发电装置的两端连接到电测试仪,湿气在装置的上表面被吸收并扩散,实时记录产生的电信号。如图2所示,单个装置在相对湿度(10%-80%)的刺激下可以产生连续的开路电压(0.22-0.88V)。RH在40%以上时,电压在约0.8V小范围波动。
图3进一步表明,环境相对湿度从45%到80%波动的情况下,单个装置在室温可以提供约0.8V的连续稳定直流电压,持续多于1000小时。
优选地,图4显示了具有1cm2面积和100μm厚度的单个装置通过50kΩ的负载电阻器产生9μA的连续DC电流,持续20小时以上。此外,Voc逐渐增加到0.76V的初始值以实现自充电过程。
实施例2:
在本申请的该实施例中,按照与实施例1基本相同的方法制备发电薄膜和湿气发电装置,不同之处在于薄膜的厚度增加到1.5mm,面积减少到0.25cm2。
在本申请的该实施例中,单个单元装置在RH 80%产生238μA cm-2的DC短路电流密度,并仍然保持约0.8V的高电压。如图5中比较的,大部分湿气发电机表现出电压和电流的间歇输出特征,这使得其难以在实际应用中直接使用。然而,对于少数能够持续工作的湿气发电机,其对应的最高Voc低于0.5V且Isc小于1μA。与此形成鲜明对比,本申请的装置具有约0.88V的最高Voc和238μA cm-2的最大Isc。通过(Voc·Isc)/4公式估算单位面积功率密度高达47μW cm-2,远超过处于连续工作模式的以往基于氧化石墨烯(0.07μW cm-2)和蛋白质纤维(5μW cm-2)的湿气发电机。
以上结果表明,本发明的湿气发电装置能产生DC电流和电压,优于现有技术例如WO2020147443中公开的湿气发电装置,其产生的是交流电。
实施例3:
在本申请的该实施例中,按照与实施例1基本相同的方法制备发电薄膜和湿气发电装置,不同之处在于有不同的成分加入。具体地,PVA-PA-PEG是将等质量的甘油(Gly)换成等质量的聚乙二醇(PEG);PVA-LiCl-Gly是将等质量的植酸(PA)换成氯化锂(LiCl);PVA-AA-Gly是将等质量的植酸(PA)换成醋酸(AA);PVA-PANa-Gly是将等质量的植酸(PA)换成植酸钠(PANa)。
在本申请的该实施例中,单个设备可以在RH 80%下产生大约0.2-0.8V的DC电压和0.5-30μA的DC电流参见图6。
对比实施例4
在本申请的该实施例中,按照与实施例1基本相同的方法制备发电薄膜和湿气发电装置,不同之处在于不添加甘油,其他成分及其比例与实施例1保持一致。在本申请的该实施例中,所产生的单个设备可以在RH 80%下产生大约0.8V的电压和大约5.7μA的电流。可以看出,相比于实施例1,所产生的电流大幅减少。这说明在没有甘油时,薄膜的发电性能大大降低。不受任何理论束缚地,认为这是由于甘油的存在提高了发电装置的吸水能力从而促进离子扩散,进而提高了薄膜的发电性能。
本申请的湿气发电装置构造简单,使用方便快捷,可在实际生活条件下从呼吸中的水分、热蒸汽和雾中获取能量,并且不产生任何有害物质,安全环保。装置可设计得小巧便捷,可多装置自行串联或并联使用增加功率输出,有利于可穿戴柔性电子设备的实际应用。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,但应当理解,所述实施例本质上是示例性的,不应理解为对本申请的限制,并且本领域普通技术人员可以在本申请的范围内对其进行改变、修改或替换。
Claims (16)
1.一种湿气发电材料组合物,其包含:(i)吸水聚合物、(ii)酸或水溶性盐以及(iii)极性有机溶剂-水二元溶剂,其中所述吸水聚合物和所述酸或水溶性盐溶解在所述有机溶剂-水二元溶剂中。
2.如权利要求1所述的组合物,其中所述吸水聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、交联羧甲基纤维素、交联聚环氧乙烷和淀粉接枝聚丙烯腈共聚物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的组合物,其中所述酸包括能够从水溶液质子化的无机酸和有机酸中的一种或多种;或其中所述水溶性盐包括能够从水溶液解离的无机盐和有机盐中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的组合物,其中所述无机酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、硼酸、氢溴酸、高氯酸和氢碘酸中的一种或多种;所述有机酸包括植酸、柠檬酸、乙酸、草酸、氨基磺酸、乙醇酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的组合物,其中所述无机盐包括碱金属盐,例如钾盐、钠盐、钙盐;铵盐;硝酸盐;盐酸盐例如氯化钙;和磷酸二氢盐中的一种或多种,所述有机盐包括羧酸盐,例如乙酸钠、乙酸吡啶;甲基盐例如甲基钠;和醇盐例如乙醇钠中的一种或多种。
6.如权利要求1或3所述的组合物,其中所述极性有机溶剂包括醇溶剂,例如乙二醇、多元醇、甘油、丙二醇、1,3-丁二醇、山梨醇、聚乙二醇中的一种或更多种。
7.一种薄膜,其由权利要求1-6中任一项所述的组合物形成。
8.一种湿气发电装置,其包括
基材;和
一个或多个发电单元,所述发电单元包括:
根据权利要求7所述的薄膜,所述薄膜具有上表面和下表面;
第一电极,其与所述薄膜的下表面电连接;和
第二电极,其与所述薄膜的上表面电连接;
其中所述薄膜的下表面与所述基材完全或部分接触,或者所述薄膜的下表面位于所述第一电极上且所述第一电极位于所述基材上;并且
其中所述薄膜的上表面被至少部分暴露于周围环境。
9.根据权利要求8所述的装置,其中所述多个发电单元在所述基材上串联或并联连接。
10.根据权利要求8或9所述的装置,其中所述第一电极和/或第二电极包括金、铂、铝、铜、镍、银、钛和碳中的一种或多种。
11.如权利要求8-10中任一项所述的装置,其中所述基材是柔性基材。
12.如权利要求8-11中任一项所述的装置,其包括一个或多个层,所述一个或多个层包括一个或多个所述发电单元,其中所述发电单元串联连接或并联连接或以串联和并联两种方式的组合连接。
13.如权利要求12所述的装置,其中所述层通过厚度方向上的导电轨道连接。
14.一种制备权利要求8-13中任一项所述的湿气发电装置的方法,包括:
a)在基材上提供第一电极;
b)将水和极性有机溶剂混合以制备二元溶剂,然后向所述二元溶剂中加入(i)吸水聚合物与(ii)酸或水溶性盐,获得溶液;
c)将b)的溶液施加到所述第一电极上或施加到所述基材和所述第一电极两者上以形成薄膜,或将b)的溶液施加到所述基材上以形成薄膜并将所述第一电极电连接到所述薄膜与所述基材接触的第一表面上;以及
d)将第二电极电连接到所述薄膜的与所述第一表面相对的第二表面,从而获得所述装置。
15.如权利要求14所述的方法,其中所述基材是柔性基材。
16.如权利要求15所述的方法,其中所述柔性基材是聚酰亚胺薄膜。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202163202407P | 2021-06-10 | 2021-06-10 | |
US63/202,407 | 2021-06-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115466474A true CN115466474A (zh) | 2022-12-13 |
Family
ID=84364541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210577026.7A Pending CN115466474A (zh) | 2021-06-10 | 2022-05-25 | 湿气发电材料及装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220407436A1 (zh) |
CN (1) | CN115466474A (zh) |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243357A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-09-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 二次電池 |
CN102484435A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-05-30 | 兰达实验室(2012)有限公司 | 用于产生电的方法和装置及该装置制造方法 |
CN104167955A (zh) * | 2013-05-16 | 2014-11-26 | 香港理工大学 | 压电元件和压电能量收集*** |
CN106207262A (zh) * | 2015-05-25 | 2016-12-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电解液、及电池 |
CN108365776A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-03 | 清华大学 | 一种湿气发电机及其制备方法 |
CN108616229A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-02 | 清华大学 | 一种湿度发电器件的制造方法和一种湿度发电器件 |
CN108751181A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-06 | 清华大学 | 异质结构多孔氧化石墨烯膜制备方法、石墨烯膜及发电机 |
CN108884182A (zh) * | 2016-01-29 | 2018-11-23 | 联邦科学与工业研究组织 | 导电聚合物 |
CN109546890A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-03-29 | 清华大学 | 湿气发电方法及装置 |
CN110690060A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-14 | 北京科技大学 | 一种提高水系电化学电容器工作电压的电解液 |
WO2020069523A1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | University Of Massachusetts | Electric power generation from ambient humidity using protein nanowires |
CN111641353A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-08 | 南昌航空大学 | 一种湿式柔性发电装置及*** |
CN112210095A (zh) * | 2019-07-10 | 2021-01-12 | 中国科学技术大学 | 制备水汽响应性导电高分子薄膜的方法、水汽响应性导电高分子薄膜及其用途 |
CN112920406A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-08 | 中国科学技术大学 | 一种柔性自支撑各向异性电致变色聚苯胺薄膜及其制备方法,以及电致变色器件 |
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202210577026.7A patent/CN115466474A/zh active Pending
- 2022-06-09 US US17/806,108 patent/US20220407436A1/en active Pending
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243357A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-09-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 二次電池 |
CN102484435A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-05-30 | 兰达实验室(2012)有限公司 | 用于产生电的方法和装置及该装置制造方法 |
CN104167955A (zh) * | 2013-05-16 | 2014-11-26 | 香港理工大学 | 压电元件和压电能量收集*** |
CN106207262A (zh) * | 2015-05-25 | 2016-12-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电解液、及电池 |
CN108884182A (zh) * | 2016-01-29 | 2018-11-23 | 联邦科学与工业研究组织 | 导电聚合物 |
CN108365776A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-03 | 清华大学 | 一种湿气发电机及其制备方法 |
CN108616229A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-02 | 清华大学 | 一种湿度发电器件的制造方法和一种湿度发电器件 |
CN108751181A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-06 | 清华大学 | 异质结构多孔氧化石墨烯膜制备方法、石墨烯膜及发电机 |
WO2020069523A1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | University Of Massachusetts | Electric power generation from ambient humidity using protein nanowires |
CN109546890A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-03-29 | 清华大学 | 湿气发电方法及装置 |
CN112210095A (zh) * | 2019-07-10 | 2021-01-12 | 中国科学技术大学 | 制备水汽响应性导电高分子薄膜的方法、水汽响应性导电高分子薄膜及其用途 |
CN110690060A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-14 | 北京科技大学 | 一种提高水系电化学电容器工作电压的电解液 |
CN111641353A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-08 | 南昌航空大学 | 一种湿式柔性发电装置及*** |
CN112920406A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-08 | 中国科学技术大学 | 一种柔性自支撑各向异性电致变色聚苯胺薄膜及其制备方法,以及电致变色器件 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
PENG HE ETC.: "Anti-freezing and moisturizing conductive hydrogels for strain sensing and moist-electric generation applications", JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, vol. 8, 31 August 2020 (2020-08-31), pages 2 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220407436A1 (en) | 2022-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109546890B (zh) | 湿气发电方法及装置 | |
CN1191653C (zh) | 用于聚合物电解质隔膜燃料电池的气体扩散电极 | |
CN102629694B (zh) | 水分管理片、气体扩散片、膜电极组件及固体高分子燃料电池 | |
US20070231470A1 (en) | Methods of producing composite material, filter and diffusion layer of fuel cell | |
JP2008204945A (ja) | ガス拡散電極用基材、ガス拡散電極及びその製造方法、並びに燃料電池 | |
Yun et al. | Porous carbon nanotube electrodes supported by natural polymeric membranes for PEMFC | |
CN107394214B (zh) | 钴氮共掺杂多孔碳微球材料的制备及应用 | |
Lu et al. | Anion-cation heterostructured hydrogels for all-weather responsive electricity and water harvesting from atmospheric air | |
CN107934955A (zh) | 一种活化处理商用碳纤维布的方法 | |
CN102569861A (zh) | 一种酶生物燃料电池及其制法 | |
KR20110122915A (ko) | 촉매층 형성용 파우더를 이용한 연료전지용 막전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지 | |
KR102172609B1 (ko) | 전도성 고분자가 코팅된 친수성 섬유 멤브레인 기반 대면적 전기 에너지 생성 장치 | |
CN106207086A (zh) | 高容量固态锂离子电池负极材料和电池负极及其制备方法 | |
JP2007214112A (ja) | 膜電極複合体 | |
Yang et al. | Electrochemical performances of electric double layer capacitor with UV-cured gel polymer electrolyte based on poly [(ethylene glycol) diacrylate]–poly (vinylidene fluoride) blend | |
CN115466474A (zh) | 湿气发电材料及装置 | |
CN1209836C (zh) | 质子交换膜燃料电池电极制备方法 | |
CN1462489A (zh) | 燃料电池用电极及其制造方法 | |
JP2002237430A (ja) | 酸化還元型超高容量キャパシタ及びその製造方法 | |
JP2006252914A (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
CN100438171C (zh) | 复合膜及燃料电池 | |
CN106920974B (zh) | 一种高温离子液体基燃料电池 | |
Trung et al. | Compact electrolytic hydrocapacitor for direct harvesting and storing energy from water droplet achieving high voltage | |
JP2004273255A (ja) | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
KR101153074B1 (ko) | 연료전지용 막전극 접합체 제조방법과 이로부터 제조된 연료전지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |