华南理工团队研发天然离子木材发电机，有望组装类似特斯拉电池板

2022-04-05 16:03 来源: DeepTech深科技

原标题：华南理工团队研发天然离子木材发电机，有望组装类似特斯拉电池板

“目前，已有不少投资机构与相关企业关注到我们的新技术。我们有个梦想：将呼吸空气水分子的发电木材，组装成类似特斯拉的电池板或辅助动力。我们还希望实现新能源汽车轻量化和无里程限制，即随时通过空气水分子充电。若能顺利实施则可有效解决动力电池能耗较高、里程限制、以及需要定点电力充电等共性难题。当然，要实现上述目标，我们深知还有很长的路要走，但很明显我们已有了一个很好的起点。”华南理工大学轻工科学与工程学院副研究员刘德桃表示。

近日，该团队经历近 3 年的探索，发展出一种独特的木材腔壁微纳米表面操纵技术，在天然木材结构中构筑了一种特殊的类蜘蛛网状的锂离子输运结构，能够自发高效呼吸空气水分子，在产生的能量输出水平及其稳定性、充放电方面取得了重要进展。

近日，相关论文以《离子木材从环境空气中自发产生有用的湿电能量》（Useful spontaneous hygroelectricity from ambient air by ionic wood）为题发表在 Nano Energy 上[1]。

空气水分子（湿气）具有分布极广、易采集等优势且不受任何气候和地理条件的限制，湿气产电作为一种新型绿色可再生能源捕集技术，具有使用简便、灵活且多样化结构尺寸，适合全天候移动自供电小目标的持续能量供给等优点，在自供电电子、医疗保健、安全、信息存储、人工智能和物联网等领域具有巨大的应用潜力。

目前，湿气产电的发展很大程度上受限于产电性能较低（特别是短路电流输出）、稳定性及持久性较差等瓶颈问题，难以在实际气候环境动态变化下持续稳定高效产电，给全天候移动自供电目标的能量稳定持续供给造成了困难，为目标设备的正常运行、使用寿命及适用性等都提出了挑战。

当前迫切需要具有能适应湿度大动态变化下高稳定高效产电功能材料，且能满足低成本、制备简单和可持续低碳发展的要求，应对复杂多变的地球气候环境及无电池系统应用，及应对工业、农业、城市智慧生活的重大应用需求。

值得注意的是，因发电产生温室气体的排放仅占全球总碳排放量27%，说明仅依靠发展可再生能源去实现零碳目标是有很大困难的，因此，需加强对可再生低碳材料及自然界可持续低碳资源的高效综合利用。该课题组从自然界树木、草本植物等自然生长过程中独特的物质运输机制（如水分子、离子等）中获得灵感和启发，认为树木在自然生长过程中会蕴含着许多尚未发掘的巨量能量。

因此，如何理解和运用树木自然生长过程中的物质运输机制，实现自然界广泛存在的巨量可再生能源高效捕集是该团队开展此项工作的初衷。

应该来说，该研究通过自然界树木等天然草本植物生长输运机制的深度挖掘，创制一种高效率从自然界最广泛的空气水分子捕集巨量能源的新结构与新方法，使得其稳定高水平输出具有实际应用价值的产电新技术，具有典型的“低碳材料、低碳加工、低碳能源”特征。

审稿人表示，这是一项具有引领性的、令人无比激动的重要工作，充分利用天然木材生长过程中物质运输机制产生的能源收集的联想，创新了一种奇特的离子输运材料结构，表现出卓越的发电能力和较强的稳定性等诸多优势；能通过呼吸空气水分子实现高水平充放电的出众能力，创制的材料蜘蛛网状离子结构与研究结果令人惊讶，将会对低碳材料、低碳能源及材料制备方法的发展产生引领性的推动作用，同时具有巨大的市场前景。

单个器件大约可产出 700mV 开路电压和 712μA 短路电流