基于硅纳米线阵列的水伏效应研究
发布时间：2021-07-30 08:51
近年来,依靠自然的水蒸发或者水汽吸附到材料中而能够输出电能的水伏技术备受研究者关注,其优点是成本低廉、性能可控和无需额外机械能输入等,是一种具有重要发展潜力的能源转化方式。经过最近5年的发展,水伏器件的功率密度已经大幅度攀升,其脉冲峰值功率可以达到mW/cm2。但是,大部分已知的水伏器件均不能持续的输出高功率密度的电能,这严重阻碍了该技术的实用化进程。本论文中,利用湿法刻蚀制备的硅纳米线阵列,发展了一种新型的高效水伏器件结构。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪以及Zeta电位仪等对硅纳米线阵列的组成成分和表面电荷进行了分析,证实了其负电性源于表面二氧化硅层上的硅羟基。通过电学测试证实,基于硅纳米线阵列的水伏器件能够输出开路电压为400mV和短路电流为55μA/cm2的持续直流电能,对应输出功率密度超过6 μW/cm2。此外,研究了石墨电极的覆盖率、硅纳米线的长度和表面电荷密度等多种因素对硅纳米线阵列水伏器件的影响。结合该水伏器件的电压输出与溶液中的离子浓度呈现负相关,电压信号随溶液pH的变化产生由正到负翻转的实验结果,揭示了硅纳米线阵列水伏器件的产生电流原理是与流动电势理论相一致。结...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年全球能源消耗中各种能源类型占比分布概况
第一章?基于硅纳米线阵列的水伏效应研宄??为电能成为可能，如利用人体运动或外部机械运动等实现纳米尺度下微量机械能??到电能转换的压电（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）２－７、摩擦电（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）纳米发电机８＿｜４以及利用环??境热温差等实现热能到电能转换的热电（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）系统等多种发电方式，??不断地丰富着可再生能源的转化形式。尽管如此，可再生能源在一次能源的消耗中??占比仍不足５％，如图１．２所示。这也凸显出发展可再生能源的重要性与紧迫性。??ＣＨＩＮＡ?ＷＯＲＬＤ??？一?Ｉ。７％?Ｍｉ：??！?■??，會％??图１．２?２０１８年一次能源消耗占比：中国与全球。??值得注意的是，在众多的再生能源转化方式中，水是一种高比热容（４１８６??Ｊ／Ｋｇ／°Ｃ）的物质，作为能量的载体覆盖了地球面积的７１％，每年源源不断地接收着??近６０?ＰＷ的太阳能，并以机械能（降雨、水流、波动等）、动力学能（浸湿、毛??细现象等）和潜热（蒸发、凝结等）等形式进行承载，其中约４５?ＰＷ的能量以水??蒸发的形式耗散在环境中２Ｇ，如图１．３所示。这使得研究者面临重要科学问题，如??何发展新型高效能源转化方式以充分利用蕴藏在水中的能量？??ＴＯ?Ａ?ｉｍｂａｌａｎｃｅ?０．６±０．４??Ｉｎｃｏｍｉｎｇ?Ｏｕｔｇｏｉｎｇ??ｓｏｌａｒ?３４０．２土０．１?Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｓｏｌａｒ?１００．０１２?Ｃｌｅａｒ－ｓｋｙ?＾＾２３９．７ｉ３．３?ｌｏｎｇｗａｖｅ??＼?ｉ?Ｉ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ??＼?＼?Ｓｈｏｒｔｗａｖｅ?／?／?Ａｌｌ＊ｓｋｙ?２６６．４±３．３?
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【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学基础（Ⅲ）——双电层模型及其发展[J]. 吴旭冉,贾志军,马洪运,廖斯达,王保国. 储能科学与技术. 2013(02)
本文编号：3311106
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年全球能源消耗中各种能源类型占比分布概况
第一章?基于硅纳米线阵列的水伏效应研宄??为电能成为可能，如利用人体运动或外部机械运动等实现纳米尺度下微量机械能??到电能转换的压电（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）２－７、摩擦电（ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）纳米发电机８＿｜４以及利用环??境热温差等实现热能到电能转换的热电（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）系统等多种发电方式，??不断地丰富着可再生能源的转化形式。尽管如此，可再生能源在一次能源的消耗中??占比仍不足５％，如图１．２所示。这也凸显出发展可再生能源的重要性与紧迫性。??ＣＨＩＮＡ?ＷＯＲＬＤ??？一?Ｉ。７％?Ｍｉ：??！?■??，會％??图１．２?２０１８年一次能源消耗占比：中国与全球。??值得注意的是，在众多的再生能源转化方式中，水是一种高比热容（４１８６??Ｊ／Ｋｇ／°Ｃ）的物质，作为能量的载体覆盖了地球面积的７１％，每年源源不断地接收着??近６０?ＰＷ的太阳能，并以机械能（降雨、水流、波动等）、动力学能（浸湿、毛??细现象等）和潜热（蒸发、凝结等）等形式进行承载，其中约４５?ＰＷ的能量以水??蒸发的形式耗散在环境中２Ｇ，如图１．３所示。这使得研究者面临重要科学问题，如??何发展新型高效能源转化方式以充分利用蕴藏在水中的能量？??ＴＯ?Ａ?ｉｍｂａｌａｎｃｅ?０．６±０．４??Ｉｎｃｏｍｉｎｇ?Ｏｕｔｇｏｉｎｇ??ｓｏｌａｒ?３４０．２土０．１?Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｓｏｌａｒ?１００．０１２?Ｃｌｅａｒ－ｓｋｙ?＾＾２３９．７ｉ３．３?ｌｏｎｇｗａｖｅ??＼?ｉ?Ｉ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ??＼?＼?Ｓｈｏｒｔｗａｖｅ?／?／?Ａｌｌ＊ｓｋｙ?２６６．４±３．３?
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【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学基础（Ⅲ）——双电层模型及其发展[J]. 吴旭冉,贾志军,马洪运,廖斯达,王保国. 储能科学与技术. 2013(02)
本文编号：3311106
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