Bioinspired Hierarchical Nanofabric Electrode for Silicon Hydrovoltaic Device with Record Power Output

蒸发 材料科学 电极 功率密度 可再生能源 电压 纳米技术 光电子学 功率(物理) 电气工程 化学 热力学 物理 工程类 物理化学 量子力学
作者
Beibei Shao,Zheheng Song,Xin Chen,Yanfei Wu,Yajuan Li,Caicheng Song,Fan Yang,Tao Song,Yusheng Wang,Shuit‐Tong Lee,Baoquan Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 7472-7481 被引量:101
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c00891
摘要

Direct electricity generation from water flow/evaporation, coined hydrovoltaic effect, has recently attracted intense interest as a facile approach to harvest green energy from ubiquitous capillary water flow or evaporation. However, the current hydrovoltaic device is inferior in output power efficiency compared to other renewable energy devices. Slow water evaporation rate and inefficient charge collection at device electrodes are two fundamental drawbacks limiting energy output efficiency. Here, we report a bioinspired hierarchical porous fabric electrode that enables high water evaporation rate, efficient charge collection, and rapid charge transport in nanostructured silicon-based hydrovoltaic devices. Such an electrode can efficiently collect charges generated in nanostructured silicon as well as induce a prompt water evaporation rate. At room temperature, the device can generate an open-circuit voltage (Voc) of 550 mV and a short-current density (Jsc) of 22 μA·cm–2. It can output a power density over 10 μW·cm–2, which is 3 orders of magnitude larger than all those reported for analogous hydrovoltaic devices. Our results could supply an effective strategy for the development of high-performance hydrovoltaic devices through optimizing electrode structures.
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