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                【聚焦“双一流”】我校物理与材料科学学院在纳米储能与发电领域取得双进展

                发布时间:2020-05-19

                        本网讯(物理与材料科学学院)近日,我校物理与材料科学学院吴明在教授、胡海波教授课题组在可拉伸微型超级电容器领域取得重要进展。同时,物理与材料科学学院王佩红教授课题组在摩擦纳米发电机领域取得重要成果。

                1 (a)基于具有层间电子/离子双传输通道MXene/BC@PPy复合薄膜电极的可拉伸微型超容器件制备流程示意图;(b)50 mV/s扫描速度下不同拉伸率下可拉伸超容器件循环伏安图;(c)单个储能单元和含有五个储能单元的可拉伸超容器件的恒电流充放电图。

                二维单层MXene自组装薄膜由片层密堆积引起的层间离子传输受阻严重制约了其潜在电化学性能的开发。基于此,吴明在教授和胡海波特任教授课题组提出了一种层间电子/离子双传输通道设计策略(图1):基于一维导电细菌纤维素@聚吡咯在二维单层MXene片层间的均匀插层,同步构筑层间电子/离子双传输通道,有效缓解了二维单层MXene自组装薄膜由片层密堆积引起的层间离子传输受阻以及由插层物引起的层间电子传输受阻问题,实现了MXene/BC@PPy复合电极薄膜面电容密度的有效提升。通过进一步引入岛桥电极结构设计,所制备的可拉伸超容器件可以同时获得高达200.47 mF cm-2的面电容密度以及200%的拉伸率。此项研究工作为兼具高能量密度和拉伸率的可拉伸微型超容器件的研制提供了新的策略和思路。

                2 (a)用于收集波浪能的新型圆柱形TENG结构示意图;(b)电极之间电势分布仿真图;(c)该TENG在不同负载下的输出电流及功率关系;(d)水●波驱动下TENG阵列为全自动无线水文监测系统自供电的实物图以及(e)未来智慧海洋使用该TENG网络为各种海洋传感器供电的蓝图。

                当前用于收集波浪能的摩擦纳米发电机(TENG)的挑战在于如何在增大发电机输出功率的同时减小摩擦阻力的影响。基于此,王佩红教授课题组提出了一种面向波浪能收集的高性能圆柱形TENG的新型设计方案(图2),利用圆柱形复摆结构有效收集各种往复运动能量包括波浪能↘。新型的拱形薄膜结构设计不仅增加接触面积,而且实现了双向转动,同时柔弹性接触又大大降低了摩擦阻力。该TENG的峰值功率密度达到了28.2 W m-3,是传统球壳结构TENG的4倍。在水波驱动下,由4个圆柱形TENG构成的TENG网络成功驱动了一个全自动水文监测和无线数据↑传输系统。该新型TENG在未来蓝色能源收集与自驱动水文监测等领域展现出良好的应用前景。

                  

                上述两项科研成果均发表于纳米能源领域国际一流期刊《Nano Energy》上。链接为:


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