Gradience Free Nanoinsertion of Fe3O4 into Wood for Enhanced Hydrovoltaic Energy Harvesting

材料科学 功率密度 纳米颗粒 纳米复合材料 能量收集 化学工程 储能 电压 纳米技术 光电子学 功率(物理) 电气工程 量子力学 物理 工程类
作者
Ying Gao,Xuan Yang,Jonas Garemark,Richard T. Olsson,Hongqi Dai,Farsa Ram,Yuanyuan Li
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (30): 11099-11109 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01649
摘要

Hydrovoltaic energy harvesting offers the potential to utilize enormous water energy for sustainable energy systems. Here, we report the utilization and tailoring of an intrinsic anisotropic 3D continuous microchannel structure from native wood for efficient hydrovoltaic energy harvesting by Fe3O4 nanoparticle insertion. Acetone-assisted precursor infiltration ensures the homogenous distribution of Fe ions for gradience-free Fe3O4 nanoparticle formation in wood. The Fe3O4/wood nanocomposites result in an open-circuit voltage of 63 mV and a power density of ∼52 μW/m2 (∼165 times higher than the original wood) under ambient conditions. The output voltage and power density are further increased to 1 V and ∼743 μW/m2 under 3 suns solar irradiation. The enhancement could be attributed to the increase of surface charge, nanoporosity, and photothermal effect from Fe3O4. The device exhibits a stable voltage of ∼1 V for 30 h (3 cycles of 10 h) showing good long-term stability. The methodology offers the potential for hierarchical organic-inorganic nanocomposite design for scalable and efficient ambient energy harvesting.

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