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Electric Eel‐Inspired Janus Nanofiber Membrane With Structure‐Charge Dual Asymmetry for Efficient Moisture‐to‐Electric Conversion and Self‐Powered Intelligent Perception

材料科学 离子键合 杰纳斯 扩散 离子 化学物理 不对称 膜 电极 纳米技术 电压 联轴节(管道) 光电子学 相对湿度 电场 整改 纳米纤维 旋转扩散 离子电导率 功率密度 离子运输机 高压 电介质 化学工程 电位 电位梯度 离子液体 开路电压 水分 导电体
作者
Jin Fang,Zhiwei Zhao,Yifan Zu,Qingqing Ni,Zhenzhen Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78525
摘要

ABSTRACT Moisture‐electric generators (MEGs) harvest the chemical potential of ambient water vapor as electricity. The central limitation is not ion generation alone, but the failure to coordinate ionic release, directional flux, and interfacial separation, allowing diffusion and back migration to dissipate the available potential. Inspired by electric eel electrocytes, we introduce a structure‐charge dual‐asymmetric (SCD) framework that integrates ion generation, migration, and rectification. A Janus nanofiber membrane comprising poly(vinyl alcohol)/phytic acid (PVA/PA) and PVA/PA‐LiCl encodes the structural asymmetry required for differential moisture uptake, ion release, and chemical potential. Charge‐asymmetric poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA)/LiCl and poly(sodium 4‐styrenesulfonate) (PSSA)‐modified electrodes impose a collinear self‐driven electric field. Coupling the chemical‐potential gradient to field‐driven rectification converts stochastic diffusion into sustained directional ionic flux. At 97% relative humidity (RH), this coupled pathway delivers an open‐circuit voltage (V OC ) of 0.86 V, a short‐circuit current (I SC ) of 49.3 µA, and a maximum power density (P max ) of 7.1 µW cm −2 . Stable output is retained for 25 days under naturally fluctuating humidity. The same ionic architecture supports self‐powered noncontact sensing, intelligent recognition, and humidity regulation during fruit storage. Rather than another route to higher output, the SCD concept establishes ionic‐flux engineering as a transferable principle for moisture‐to‐electric conversion and related iontronics.
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