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Moisture-Electric Generators Working in Subzero Environments Based on Laser-Engraved Hygroscopic Hydrogel Arrays

雕刻 材料科学 水分 激光器 复合材料 纳米技术 光学 物理
作者
Fei Yu,Liying Wang,Xijia Yang,Yue Yang,Xuesong Li,Yang Gao,Yi Jiang,Ke Jiang,Wei Lü,Xiaojuan Sun,Dabing Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (3): 3807-3817 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14996
摘要

Moisture-electric generators (MEGs) generate power by adsorbing water from the air. However, their performance at low temperatures is hindered due to icing. In the present work, MEG arrays are developed by laser engraving techniques and a modulated low-temperature hydrogel as the absorbent material. LTH effectively captures moisture and maintains ion dissociation and migration even at subzero temperatures. Based on the double electric layer pseudocapacitance model, the oscillating circuit theory is introduced to explain the effects of moisture absorption, evaporation, and ion migration on the output current of the MEG, and the circuit calculations are matched with the experimental results. Molecular dynamics simulations indicate that LTH's low-temperature stability results from preferential hydrogen bonding between glycerol molecules and H2O, which disrupts H2O-H2O hydrogen bonds and slows water crystallization. A single MEG unit (0.25 cm2) can produce up to ∼0.8 V and ∼21.2 μW/cm2 at room temperature, and at -35 °C with 16% RH, it generates ∼0.58 V and ∼14.35 μA. MEG realizes the following applications: MEG successfully drives electronic devices in snow; arrays of 16 MEGs can power portable electronics, and 384 MEGs can achieve up to 210 V; MEG absorbs moisture in water and drives LEDs by blowing up; MEG has a flexible wearable nature; MEG is used for respiratory monitoring and photoelectric sensors.
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