海洋能源是解決能源危機和環(huán)境污染問題的潛在能源之一。如何切實利用海洋能源生產可持續(xù)能源仍然是一個挑戰(zhàn)。在本工作中，我們制造了一種半波整流水流驅動的摩擦電納米發(fā)電機(HRWF-TENG)來收集水波能量，并通過自供電的電化學劈開水來生產氫。HRWF-TENG采用半波整流電路實現(xiàn)了大電壓、低損耗的直流輸出，在140轉/分時，開路電壓和短路電流分別達到100 V和90 μA。制備了RuO
x/CNT催化劑用于析氫反應(HER)， HRWF-TENG在陰極為水分子提供電子生成氫。通過將HRWF-TENG與水分離裝置直接連接，整個系統(tǒng)的產氫率為12.32 μL min
-1，可持續(xù)的氫能轉換效率為2.38%。整個設計采用半波整流TENG對傳統(tǒng)的自供電水分離系統(tǒng)進行了簡化，為將海洋能轉化為可再生氫能提供了更實用的策略。
圖 1. (a) HRWF-TENG的原理圖 (b)電荷轉移過程的運行機理示意圖。(c)半波整流操作包括反向充放過程。(d)開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、(e) HRWF-TENG在60 rpm到140 rpm轉速范圍內的半波整流V
oc和I
sc。
圖2 RuO
x/CNT的結構表征及電催化性能。(a) RuO
x/CNT的TEM圖像，(b) HRTEM圖像。(c) RuO
x/CNT的3p Ru的XPS光譜。 (d)在1 M KOH中RuOx/CNT和20% wt% Pt/C未經iR校正的HER極化曲線。(e) RuO
x/CNT的長期耐久性試驗。
圖 3. (a)半波整流能量轉換系統(tǒng)等效電路圖。(b)基于電化學電池從機械能轉化為化學能的照片。(c)不同轉速下能量轉換系統(tǒng)輸出的電流; (d)轉速下的電流。
圖4。(a) Pt電極在NaOH溶液中不同時間收集O
2的照片。(b) O
2生成速率與轉速的關系。(c)不同轉速下H
2 (RuO
x/CNT電極)和O
2 (Pt電極)的生成速率。(d)在O
2產率為6 μL min
-1時，RuO
x/CNT催化劑的電流密度。(e) Pt電極初始生成氧氣的照片。(f) 10分鐘后Pt電極產生氧氣的照片。
相關科研成果由蘇州大學Jun Zhong和Xuhui Sun等于2021年發(fā)表在Nano Energy (doi:10.1016/j.nanoen.2021.106870)上。原文：A half-wave rectifying triboelectric nanogenerator for self-powered water splitting towards hydrogen production。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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