水流/蒸发直接发电，即所谓的水伏效应（hydrovoltaic effect），作为一种从无处不在的毛细水流或蒸发中获取绿色能源的简便策略，最近引起了人们的极大兴趣。然而，与其他可再生能源器件相比，目前的水伏发电器件的输出功率效率较低。而水蒸发速率慢和器件电极电荷收集效率低是限制其能量输出效率的两个根本缺点。
近日，苏州大学孙宝全教授，Shuit-Tong Lee，王玉生报道了受天然维管植物易于水分快速传输和蒸发的分层多枝结构的启发，设计了一种由石墨/共轭聚合物poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：polystyrenesulfonate（PEDOT：PSS）/织物组成的分层多孔导电电极，其中PEDOT：PSS作为内层（芯）而石墨作为外层（壳）。
文章要点
1）这种合理设计的石墨/PEDOT：PSS/织物电极具有三个关键特性。首先，分层多孔结构确保了高效的水分蒸发。其次，分级结构的大比表面积可以高效地收集电荷。第三，PEDOT：PSS内层的高电导率有利于电荷的快速传输。
2）在上述关键特性的基础上，基于纳米硅的水伏器件通过水蒸发诱导SiNWs中的流体流动显示出持续的输出电能。该器件在室温下的最大输出电压为550 mV，Jsc为22 μA cm−2，峰值输出功率密度大于10 μW cm−2。这是一个创纪录的功率密度，超过了之前报道的所有类似水伏器件的功率密度。此外，所设计的串联器件的输出功率足以点亮具有不同电压和电流要求的各种彩色LED灯泡。
这种织物电极的成功应用为高性能水伏器件的电极结构设计提供了有价值的启示。
参考文献
Beibei Shao, et al, Bioinspired Hierarchical Nanofabric Electrode for Silicon Hydrovoltaic Device with Record Power Output, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c00891
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00891
