Page 14 - 《精细化工》2022年第10期

·1948· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

电纳米发电机（TENG），将太阳能驱动的界面蒸发 高达 5 µA 的电流，输出功率为 0.60 µW。此外，将
与水波检测相结合，蒸汽发生器可以同时检测到水 几个蒸发单元经过简单的串联或并联连接可轻松为
面上的各种振荡运动，并将这些刺激转化为实时和 商业计算器供电，电解亚甲基蓝溶液，并点亮发光二
可视化的信号。在由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 极管，论证了太阳能蒸发-发电一体化集成装置的概
制成的柔性基板上，将前后电极重叠，成功地将 念（图 3b）。目前，太阳能驱动界面蒸发过程中收集
TENG 的活性面积降低了约 50%，用一层氟化乙烯 固有的水伏能源的报道仍然很少。由于对水运输管理
丙烯（FEP）作为与水相互作用的摩擦膜，集成器 的差异，如何构建既能满足高效蒸发又能稳定输出的
件的输出电流依赖于水波的振幅，电流的可逆代表 光热系统是一个很大的挑战。
了水波释放和按压运动时的转移电荷。当水的高度 1.2.3 压电效应
从 0.5 cm 上升到 2.0 cm 时，输出电流从 1 µA 逐渐 压电效应是一种能够将受力影响转换为电信号
增加到 3 µA（图 3a）。 的物理现象，当电介质在一定方向上受力并产生了
1.2.2 水伏效应 形变后，在其内部因极化现象致其表面产生正负相
水伏效应是指光热材料与雨滴、水波、自然水 反的电荷而形成电势，去掉力的影响后，电介质恢
蒸发和大气湿度等相互作用能直接输出电能。该效 复原态，表面电荷消失，其内部分布的电势也消
[7]
应可以通过材料的纳米结构与流动水的直接相互作 失。ZHU 等 报道了一种廉价的细胞碳海绵，可
用实现发电。LIU 等 [39] 提出了一种三明治模型策略， 以在太阳能汽化过程中收集由太阳能蒸汽产生诱
以构建一个三维（3D）非对称蒸发器，用于高效太 导的电力，通过在蒸发转变过程中对 PVDF 薄
阳能界面蒸发和协同发电，该设计将山毛榉木片作 膜的加热-冷却和轻微振荡，测量了热释电效应和
为水修正剂和传质通道，夹在两种通道结构和吸水 压电效应的耦合，计算出的输出功率随着加载电阻的
性能不同的炭黑（前端）/聚乙烯醇（PVA，后端） 增加呈先升后降趋势，得到的最高输出功率密度为
2
2
功能膜之间。将该蒸发器以 45°角插入水界面，实 240.7 µW/m ，获得最大水蒸发速率为 1.15 kg/(m ·h)，
2
现了 1.93 kg/(m ·h)的高蒸发率。值得注意的是， 测量的电信号与 PVDF 薄膜所经历的温度变化相匹
尺寸为 1 cm×4 cm 的蒸发器在模拟海水中可以产生 配（图 3c）。

其中，λ 为波长；v 为波速；f 为频率；H 为厚度或高度
[7]
图 3 摩擦电效应发电装置 [38] （a）、水伏效应发电装置 [39] （b）和压电效应发电装置 （c）
Fig. 3 Triboelectric effect power generation device [38] (a), hydro voltaic effect power generation device [39] (b) and
[7]
piezoelectric effect power generation device (c)

1.3 盐度梯度发电效应 差反过来会产生离子交换，从而产生电势。溶液浓
盐度梯度效应即在浓度梯度的影响下，物质会 度差的大小可以通过电极反应来实现，它将盐度差
从高浓度向低浓度转移，直到分子均匀分布，浓度 能转化为电能 [40] （图 4a）。

图 4 盐度梯度效应发电装置 [40] （a）、蒸发效率检测装置 [41] （b）和盐度梯度效应发电原理示意图 [43] （c）
Fig. 4 Salinity gradient effect power generation device [40] (a), an evaporation efficiency detecting device [41] (b) and
schematic diagram of salinity gradient effect power generation [43] (c)