全天候適用高效可集成的離子凝膠濕氣發電機

2022年10月

對於實現碳中和目標及促進社會綠色能源的可持續發展，尋找和開發簡單高效的綠色能源轉換技術具有重大意義，亦可滿足與日俱增的電能需求。濕氣發電機（MEG）是能源研究的新焦點，它利用大氣環境濕氣中的能量直接產生電能，不會衍生污染物及排放有害氣體。

實用綠色能源
然而，現時大多數的濕氣發電機(MEGs)輸出間歇性的電信號和低電流阻礙了實際應用，在實現大規模集成和應用上仍處於研究的瓶頸。打破這些侷限，理大研究團隊開發了一種高效、靈活及全天候適用的離子凝膠濕氣發電機 （ionic hydrogel moisture-electric generator, IHMEG）。IHMEG能夠高效收集空氣中的水汽直接轉換成電能，表現出色並且適用於廣泛的氣候環境（相對濕度10%-85%和溫度-24-60°C的範圍）。而香港全年濕度處於40%-90%中，IHMEG提供了一個具前景的綠色能源。

高適用性能源
離子凝膠作為發電材料，利用其吸濕能力和快速離子傳輸的特性，實現了高效的電流密度和能量產出。 IHMEG設備不僅可以穩定輸出直流電壓0.8 V超過1000小時，還能產出高電流密度 (0.24 mA cm−2) 和突出的輸出功率密度(35 µW cm−2)。更重要的是，IHMEG設備能大規模地集成獲得210V的電能輸出，並成功為許多微電子設備供電，包括計數機、能量錶帶、電子墨水屏、LED燈陣列。為促成進一步實際應用，IHMEG成功用於毫米級電鍍金屬鎳 (Ni) 結構裝置，此進展證明了具足夠能量IHMEG的可擴展實際應用。

此外，IHMEG在直流 (DC) 電源設備的應用上，可根據操作要求，設計和製造輕易地將多個 IHMEG單元串聯、並聯或組合起來。在水汽發電研究的進展上，這種凝膠型的濕氣發電機製備工藝簡單，價格便宜，可實現柔性集成，在物聯網（Internet of things, IoT）和自供電的可穿戴電子系統等領域具普及的應用前景。

有關研究以“Ionic Hydrogel for Efficient and Scalable Moisture-Electric Generation”為題，已發表在《Advanced Materials》上。文章第一作者是博士畢業生楊素。