Humidity-Tolerant Moisture-Driven Energy Generator with MXene Aerogel–Organohydrogel Bilayer

气凝胶 材料科学 水分 纳米技术 湿度 相对湿度 光电子学 化学工程 复合材料 气象学 物理 工程类
作者
Kaiying Zhao,Jae Won Lee,Zhi Gen Yu,Wei Jiang,Jin Woo Oh,Gwanho Kim,Hyowon Han,Yeonji Kim,Kyuho Lee,Seokyeong Lee,HoYeon Kim,Taebin Kim,Chang Eun Lee,Hyeokjung Lee,Jihye Jang,Jong Woong Park,Yong‐Wei Zhang,Cheolmin Park
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 5472-5485 被引量:184
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10747
摘要

Free-standing and film-type moisture-driven energy generators (MEGs) that harness the preferential interaction of ionized moisture with hydrophilic materials are interesting because of their wearability and portability without needing a water container. However, most such MEGs work in limited humidity conditions, which provide a substantial moisture gradient. Herein, we present a high-performance MEG with sustainable power-production capability in a wide range of environments. The bilayer-based device comprises a negatively surface-charged, hydrophilic MXene (Ti 3 C 2 T x ) aerogel and polyacrylamide (PAM) ionic hydrogel. The preferential selection on the MXene aerogel of positive charges supplied from the salts and water in the hydrogel is predicted by the first-principle simulation, which results in a high electric output in a wide relative humidity range from 20% to 95%. Furthermore, by replacing the hydrogel with an organohydrogel of PAM that has excellent water retention and structural stability, a device with long-term electricity generation is realized for more than 15 days in a broad temperature range (from −20 to 80 °C). Our MXene aerogel MEGs connected in series supply sufficient power for commercial electronic components in various outdoor environments. Moreover, an MXene aerogel MEG works as a self-powered sensor for recognizing finger bending and facial expression.
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