全天候适用高效可集成的离子凝胶湿气发电机

2022年10月

对於实现碳中和目标及促进社会绿色能源的可持续发展，寻找和开发简单高效的绿色能源转换技术具有重大意义，亦可满足与日俱增的电能需求。湿气发电机（MEG）是能源研究的新焦点，它利用大气环境湿气中的能量直接产生电能，不会衍生污染物及排放有害气体。

实用绿色能源
然而，现时大多数的湿气发电机(MEGs)输出间歇性的电信号和低电流阻碍了实际应用，在实现大规模集成和应用上仍处於研究的瓶颈。打破这些局限，理大研究团队开发了一种高效丶灵活及全天候适用的离子凝胶湿气发电机 （ionic hydrogel moisture-electric generator, IHMEG）。IHMEG能够高效收集空气中的水汽直接转换成电能，表现出色并且适用於广泛的气候环境（相对湿度10%-85%和温度-24-60°C的范围）。而香港全年湿度处於40%-90%中，IHMEG提供了一个具前景的绿色能源。

高适用性能源
离子凝胶作为发电材料，利用其吸湿能力和快速离子传输的特性，实现了高效的电流密度和能量产出。 IHMEG设备不仅可以稳定输出直流电压0.8 V超过1000小时，还能产出高电流密度 (0.24 mA cm−2) 和突出的输出功率密度(35 µW cm−2)。更重要的是，IHMEG设备能大规模地集成获得210V的电能输出，并成功为许多微电子设备供电，包括计数机丶能量表带丶电子墨水屏丶LED灯阵列。为促成进一步实际应用，IHMEG成功用於毫米级电镀金属镍 (Ni) 结构装置，此进展证明了具足够能量IHMEG的可扩展实际应用。

此外，IHMEG在直流 (DC) 电源设备的应用上，可根据操作要求，设计和制造轻易地将多个 IHMEG单元串联丶并联或组合起来。在水汽发电研究的进展上，这种凝胶型的湿气发电机制备工艺简单，价格便宜，可实现柔性集成，在物联网（Internet of things, IoT）和自供电的可穿戴电子系统等领域具普及的应用前景。

有关研究以“Ionic Hydrogel for Efficient and Scalable Moisture-Electric Generation”为题，已发表在《Advanced Materials》上。文章第一作者是博士毕业生杨素。