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自供电混合能源电池研制取得新进展

  随着全球污染的加重、气候变暖和能源危机等现象的出现,寻找一种成本经济的可再生绿色能源来满足全球能源需要成为了我们要面对的最紧迫的挑战之一。目前,有三种物理效应可用于支持纳米发电机从外部环境收集能量:压电和摩擦生电效应可用来收集无规则的机械振动;而利用热释电效应则能从随时间变化的温度波动中收集机械能。然而,由于在外部环境中通常我们并不能持续同时获取机械能与热能,所以开发一种混合能源的电池技术用于集成的装置来同时或单独获取这两种能量就很有必要。
 
  自供电的纳米技术的研究目的是使用纳米发电机来代替电池等其他能量存储设备为小型电子设备提供能量或用于电气化学的应用。虽然已有很多关于电气化降解染料(如甲基橙和罗丹明B)来处理废水的可行性报告,但由于都需要外部能源,所以很大程度上限制了这项技术的发展。而通过从外部环境收集能量,使用纳米发电机就能达到自供电电气化学降解印染废水的效果。
 
  近日,王中林课题组研制出一种混合能源电池,它在无需使用外接电源的情况下,通过于自供电的方式,完成电催化过程降解甲基橙(MO)的目的,该电池将从环境中获取的能量直接转变成电能,它的输出功率能直接被用来电降解甲基橙。如图1所示。

  图1:自供电电催化降解甲基橙示意图
 
  这种混合能源电池可同时或单独获取机械能和热能。将直径约200nm的聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米线置于摩擦纳米发电机(TENG)的顶端,可以获取机械能;将热释电纳米发电机(PENG)置放在摩擦生电发电机的下方来收集热能。论文相关结果发表在【 Nano Letters,January 16,2013,Online】。相关链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl3046188(原文请见附件)

  图(a)混合能源电池的原理图;图(b)AAO模版的SEM图像;图(c)聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米线排列的SEM图像;图(d)放大后的聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米线排列的SEM图像。
 
  这种混合能源电池在自发电电沉积、污染物降解、耐腐蚀和水分解等多方面都有着广泛的应用前景。





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