隨著微小型、可穿戴電子設備的快速發展，以及低能耗分布式傳感器需求的與日俱增，從周圍環境中收集能量，為低功耗的電子產品供能，發展自供能技術，吸引了研究人員廣泛的關注。機械運動在自然環境中普遍存在，是綠色、廣泛的能量來源。傳統電磁發電需要復雜的設備，而基于固固界面的摩擦產電，在長期摩擦過程中也存在材料磨損的問題，基于固液界面動態雙電層的機械能產電有望解決上述問題，然而動態雙電層產電機理仍不明確，產電性能也有待進一步提高。
青島能源所綠色反應分離與過程強化技術中心李朝旭研究員帶領的高端材料制造研究組，針對動態雙電層產電瓶頸，利用離子液體（IL）部分溶解和融合纖維素納米纖維（CNFs），制備了具有高壓縮回彈性和高離子導電能力的CNFs多孔離子凝膠；同時，通過IL摻量調控了鎵銦合金液態金屬（EGaIn）與離子凝膠的界面潤濕性，使EGaIn在外部機械力作用下，可以進入離子凝膠內部孔道；撤銷外部作用力后，EGaIn可以依靠內凝聚力完全撤離凝膠孔道，恢復原有形態。以EGaIn為動態電極，固態金屬鉑為固定電極，受力過程中EGaIn與多孔離子凝膠雙電層發生變化，引起電荷移動而產電。深入研究表明，EGaIn動態電極與鉑固定電極表面的雙電層在時空上的非對稱性是產電的關鍵。通過優化條件，產電電流高達25 μA cm–2、功率達4 mW cm–2，能量轉化效率達36%。該研究不僅為構筑高壓縮回彈的導電離子凝膠提供了有效策略，也有望為環境能量收集和無源傳感提供新途徑。相關成果近期發表在Advanced Function Materials.
基于液態金屬與多孔離子凝膠動態雙電層的機械能產電機制及功能示意圖
上述研究獲得國家自然科學基金、山東省泰山學者計劃、山東省自然科學基金、中國科學院青促會、青島能源所強基計劃等項目和計劃的經費支持。
