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天津大学:涂覆炭黑的柔性绳索水力发电机促进水力光伏技术

作者:技术资料   时间:2024-03-15 03:07:41

  发表名为“Enhanced electric power generation through electrolyte flow on a flexible rope hydrovoltaic generator”的论文,研究报道了一种柔性水力发电机,该发电机由涂有炭黑的棉纤维绳组成。极性质子液滴在发生器一端的不对称润湿产生的电能。水梯度驱动盐溶液在毛细管通道中从湿侧流向干侧。系统研究了不同电解质溶液对水力发电机发电量的影响。此外,为了解释这些现象背后的机制,提出了基于等效电路的物理模型。该器件可在室温条件下产生高达 0.6V 的持续电压,并能轻松扩展以用于大规模应用。四台串联的水力发电机可以带动电表正常工作。本研究开发的水力发电机具有运行稳定、性能好价格低、对环境影响小等优点。

  图1.(a) 绳索式水力发电机的照片。(b) 水力发电机的柔性性能测试。(c) 水力发电机的机械性能测试。涂有炭黑的棉纤维在(d)100μm尺度和(e)1μm尺度下的扫描电镜图像。(f) 炭黑结构示意图。

  图2。(a) 炭黑基光伏发电机结构示意图。(b) 光伏发电机的VOC(80 % 相对湿度)。(c) 炭黑棉绳和棉绳在一端滴下去离子水后的VOC。(d) 通过将去离子水滴在不同位置,对光伏发电机的VOC做多元化的分析。(e) 光伏发电机的发电机制示意图。

  图4.(a)VOC and ISC 通过滴入0.5 mL不同浓度的 FeCl3 生成溶液到水力发电机(3 kΩ)上。(b)离子大气示意图。

  图5. (a) 具有不一样电阻的水伏特发电机的 ISC、VOC 和功率。(b) 水伏特发电机等效电路示意图。IST 和 ISh 分别表示串联电流和并联电流。

  图6.(a) 不同长度的光伏发电机的VOC(2 kΩ)。(b) 四台光伏发电机的VOC和ISC(400 Ω,6 cm),它们能驱动多功能电子手表(1 V、 10 μA)

  研究报道了一种通过在柔软的棉绳上涂覆炭黑的柔性光伏发电机。研究了不同电解质对发电的影响。在适当浓度的Fe3+电解液的驱动下,可以明显提高光伏发电机的发电性能。通过建立模型和理论推导,证明了在发电机未完全润湿的前提下,较短的光伏发电机可以产生较高的VOC和ISC。当发电机并联或串联时,它们能提供足够的电能来为小型电子设备供电。此外,光伏发电机的部件价格低,易于获得,而且对环境友好。水和蒸汽是可持续的,在地球表面无处不在。这些优势使光伏技术成为一种新颖而着迷的绿色能源,可用于多种应用。