工业废气是全球能源损失的主要来源之一。因此，废汽能的收集和转化发电引起了人们极大的兴趣。本文报道了一种“二合一”策略，该策略将热电和湿电发电机制结合在一起，用于高效柔性湿热电发电机(MTEG)。水分子的自发吸附和热在聚电解质膜中诱导Na+和H+的快速解离和扩散，从而产生高发电量。因此，组装的柔性MTEG产生的功率具有1.81 V的高开路电压(Voc)(有效面积= 1cm2)和高达4.75±0.4µW cm−2的功率密度。通过高效集成，12单元MTEG可以产生15.97 V的Voc，优于大多数已知的teg和meg。本文报道的集成和灵活的MTEGs为从工业废蒸汽中收集能量提供了新的见解。

图文简介

湿热电发电机的设计与合成。a) 2019年全球废蒸汽利用情况。数据来源:国际能源署年度世界平衡桑基图(https://www.iea.org/sankey/#?c)。b)紫外光下AMPS与SSS共聚制备聚电解质膜。将聚电解质膜包裹在碳纳米管涂层的碳布中，组装成MTEG。该装置在湿热协同体系下，由于Na+和H+的解离和扩散而能够发电。因此，它在现实生活中具有很大的应用潜力，例如口罩和热蒸汽出口。

研究了聚电解质膜的物理性质及其在不同环境下的发电能力。a)湿热电聚电解质膜照片。b)微孔膜的扫描电镜(SEM)图像。经过几个小时的工作，水蒸气从毛孔里渗了出来。c) P(AMPS-SSSx)的应力应变曲线。d) P(AMPS-SSS0.5)在85%相对湿度下168 h的吸水率，插入的照片显示了测试前后膜的形状。e)在不同环境条件下测试的MTEG的VocS。f)测试了MTEG两侧不同湿度差下的电压。

作为电容型器件的性能。a)在ΔT = 15 K和ΔRH = 60%时，不同负载电阻下制作的闭环的实时电流变化。b)设备在不同负载下的电流-电压变化。c) MTEG在一系列负载下不同环境下的功率密度曲线，插入图为所测条件下的等效电路。通过制造和去除温度和湿度梯度，器件在90% RH和40℃下工作循环的Isc d)和Voc e)的变化。(e)中插入的是从200 s放大到800 s。f) 500 min内不同带角的电流变化。g)不同弯曲角下的电压变化。插图:MTEG弯曲图像。h) P(AMPS-SSS0.5)与文献中其他热电材料的性能比较。i) MTEG与文献中其他meg的性能比较(参考文献)。

设备集成方法和性能。a)集成可扩展发电机的过程。b)串联集成器件Vocs变化图，见器件图。c)并联集成器件IscS的变化，插入器件图。d)有效面积为7.5 cm2的集成器件voc时间曲线。e)集成mteg利用人呼出的热湿气点亮小灯泡的图像。

器件在实际应用中的性能。a) MTEG的电压输出在60% ΔRH和15k温差下持续118 h(环境温度为70℃)，设备顶部为27 h后给定的气体流量。b)设备通过废蒸汽出口点亮LED灯泡的图像。

论文信息

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202206071

通讯作者：苏州大学严锋，Yin Hu

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