成果简介
利用先进的能量转换技术收集废弃的绿色能源被广泛认为是提高可再生能源发电能力的一条大有可为的途径。本文，山东科技大学王英丽 教授、唐群委 教授等研究人员在《Energy Adv》期刊发表名为“Self-powered graphene-based composites for rain energy harvesting”的论文，研究利用石墨烯-碳黑/聚氯乙烯（G-CB/PVC）复合薄膜，通过实验实现了一种量身定制的能量转换装置，用于创新性地收集雨水能量。基于薄膜-雨滴界面上电子/阳离子假电容的循环充放电行为，通过优化阳离子的浓度和种类，产生了周期性的电流和电压信号，每个雨滴的最大值分别超过了2.5μA 和100μV。通过提高复合薄膜中的电子浓度，发电量明显增加。值得注意的是，雨水能量收集装置表现出卓越的长期稳定性，能够经受住连续模拟降雨条件下的持续攻击。
图文导读
图1、 电力输出中支持雨水的 G-CB/PVC 复合薄膜的工作机制示意图。
图2、 通过以各种 G-CB 剂量在 G-CB/PVC 复合薄膜上滴加 0.6 M NaCl 水溶液得到的 （a） 电流和 （b） 电压值的直方图。（c） 电流和 （d） 电压信号。注射速度为 60 mL h−1.
图3 、（a） 电流和 （b） 电压与 G-CB 剂量的函数关系图。
图4、 通过控制注射速度，以两个液滴的不同间隔将 0.6 M NaCl 水溶液滴在 94 wt% G-CB/PVC 复合膜上，得到 （a） 电流和 （b） 电压值的直方图。（c） 电流和 （d） 电压信号。
图5、（a） 具有 94 wt% G-CB/PVC 薄膜、0.6 M NaCl、94 wt% G-CB/PVC 薄膜结构的对称虚拟电池的 CV 曲线。（b） 电容与雨滴与 94 wt% G-CB/PVC 复合膜之间接触面积的线性图。
图6、以 60 mL h-1 的注入速度在 94 wt% G-CB/PVC 薄膜上滴入 0.6 M 氯化物和 NaNO3 水溶液时 (a) 电流值和 (b) 电压值的直方图。(c) 电流和 (d) 电压信号。
小结
总之，我们证明了雨水功能 G-CB/PVC 复合薄膜与分散富集电子系统的搭配可显著增强雨水条件下的能量收集能力。由于雨滴-薄膜界面上的循环充电/放电 EDL 电容，包括电流和电压在内的周期性电信号可以在数十微米到数千微米的范围内产生。由于聚氯乙烯材料在建筑、下水道和其他领域的广泛应用，这些导电 G-CB/PVC 复合薄膜的出现为日常生活中的发电带来了巨大的希望。尽管目前的研究还处于起步阶段，但通过基础研究和技术创新降低成本，取得突破性进展的潜力巨大。值得注意的是，雨能发电平台的开发可能会激励科学家们深入研究为降雨量丰富、酸雨和近海航行环境量身定制的复杂能量收集装置。
文献：https://doi.org/10.1039/D4YA00479E
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