Bilayer of polyelectrolyte films for spontaneous power generation in air up to an integrated 1,000 V output

双层 材料科学 电压 相对湿度 光电子学 纳米技术 化学 电气工程 物理 生物化学 热力学 工程类
作者
Haiyan Wang,Yilin Sun,Tiancheng He,Yaxin Huang,Huhu Cheng,Chun Li,Dan Xie,Pengfei Yang,Yanfeng Zhang,Liangti Qu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (7): 811-819 被引量:313
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00903-6
摘要

Environmentally adaptive power generation is attractive for the development of next-generation energy sources. Here we develop a heterogeneous moisture-enabled electric generator (HMEG) based on a bilayer of polyelectrolyte films. Through the spontaneous adsorption of water molecules in air and induced diffusion of oppositely charged ions, one single HMEG unit can produce a high voltage of ~0.95 V at low (25%) relative humidity (RH), and even jump to 1.38 V at 85% RH. A sequentially aligned stacking strategy is created for large-scale integration of HMEG units, to offer a voltage of more than 1,000 V under ambient conditions (25% RH, 25 °C). Using origami assembly, a small section of folded HMEGs renders an output of up to 43 V cm−3. Such integration devices supply sufficient power to illuminate a lamp bulb of 10 W, to drive a dynamic electronic ink screen and to control the gate voltage for a self-powered field effect transistor. A power generator exhibits enhanced output due to a dual-charge-carrier design. The voltage produced is constant yet competitive even under low relative humidity.
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