Acta Physico-Chimica Sinica  2017, Vol. 33 Issue (3): 449-450   (631 KB)    
A New Electric Generator Based on Water-Evaporation-Induced Electricity of Carbon Black
LI Yat   
Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Santa Cruz, California 95064, USA


过去的几十年里,世界各国的科学家们一直致力于从复杂环境中收集能量,包括振动能、太阳能、风能和海洋能。而如何将日常环境中低品质热能有效地转换成电能却依然是一项非常有挑战性的课题。传统的流动电位 (streaming potential)1通过外加的压力差或者浓度差来产生电位差。对于如何在不使用额外的能源输入的条件下,依靠自然的过程来发电,这方面的研究吸引了众多科学家的兴趣。自然界的水蒸发无处不在,这个过程伴随着从周围环境中收集热能2。如果能够将这部分能量有效地转化为电能,将具有重要的科学意义和社会价值。

华中科技大学武汉光电国家实验室 (筹) 周军教授课题组、南京航空航天大学郭万林教授课题组以及中山大学邓少芝教授和陈建教授课题组合作发现水在纳米结构的炭黑表面的蒸发可以产生电能。通过水分子的蒸发诱导的水在多孔碳中定向流动,一块几平方厘米大小、数十微米厚的炭黑层在室温条件下可以产生高达1 V的稳定电压。此外,研究还发现,通过热处理和等离子体处理在炭黑表面产生的官能团,例如C-OH、C-O-C、C=O以及O=C-OH等,对于高的电压生成至关重要。对比研究发现,同等条件下未处理的炭黑层只能产生45 μV的电压。该研究仅利用非常简易的材料和装置即可将自然环境中无处不在的低品质热能自动转化为高品质电能。

相关工作近期发表在Nature Nanotechnology杂志上3,通过进一步优化碳材料表面的水蒸发和流动诱导电势,这种新型发电装置有望运用于消毒、净化水源以及海水淡化等方面4。此外,这种发电装置在炎热地区具有非常可观的应用前景。

Reference
(1) VanWagenen R. A.; Andrade J. D. J Colloid Interface Sci. 1980, 76, 305. doi: 10.1016/0021-9797(80)90374-4
(2) Penman H. L.; Proc R Soc. Lond. A 1948, 193, 120. doi: 10.1098/rspa.1948.0037
(3) 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.Nanotechnol. 2017 doi: 10.1038/nnano.2016.300
(4) Ghasemi H.; Ni G.; Marconnet A. M.; Loomis J.; Yerci S.; Miljkovic N.; Chen G Nat. Commun. 2014, 5, 4449. doi: 10.1038/ncomms5449