近日，年夜连理工年夜学传授唐年夜伟、传授李林、副传授王昊楠于水能使用范畴取患上主要进展，受河口开导设计出一种双梯度水凝胶，可以不变且可扩大地网络水份能量，并进一步提出份子引聚计谋，实现-35°C至80°C的宽温域高机能水伏发电，相干结果前后发表在《能源与情况科学》及《天然 通信》。
水伏发电技能基在天然界水文轮回中的水份迁徙与相变历程举行能量转换，是面向漫衍式可再生能源的主要成长标的目的。与依靠太阳辐照或者风力资源的技能差别，水伏发电使用年夜气湿度梯度、蒸发–冷凝、降雨渗入、天然水流和植物蒸腾等常态化水份输运历程，经由过程水份化学势差驱动离子迁徙，实现近全天候、全地区的能量获取。水文轮回所触及的蒸发潜热与水份迁徙能量范围远高在全世界年能源耗损总量，理论开发潜力巨年夜。然而，该技能持久面对输出电流密度低、事情温域受限等要害瓶颈，制约其范围化运用。
针对于输出电流低的问题，研究团队提出了非对于称浸润性双层布局，经由过程构建不变的水-盐浓度梯度加强离子通量。该布局于上下两层别离引入吸湿能力显著差别的锂盐，形成湿度相应差异化的双层传输介质。高吸湿性层吸水后盐浓度降低，低吸湿性层因吸水较少连结较高盐浓度，由此成立了盐浓度梯度与对于应的渗入压差。于水份连续吸附-解吸历程中，浓度梯度驱动离子由高浓度侧向低浓度侧定向扩散，形成不变的水-离子耦合传输路径。
该布局本色上经由过程调控界面传质阻力与水合动力学，冲破传统器件中水份迅速均化致使机能衰减的限定，使水-盐梯度患上以持久维持。器件于相对于湿度60%前提下峰值电流密度到达96.4 mA cm-2，持续事情时间由传统不足100h晋升至500h。
针对于事情温域窄的问题，团队进一步提出份子引聚计谋，经由过程份子标准彼此作用调控水份相变举动与离子传输特征。该计谋构建有机盐-有机份子复合系统，使有机阴离子于有机份子周围形成不变团簇布局。团簇化后阴离子外貌电荷加强，显著提高其水份子联合能力，从而提高水的有用相变能垒，按捺高温前提下的快速蒸发丧失和低温前提下的冻结掉效。
同时，阴离子被有机份子部门堆积后，系统中形成更多可自由迁徙的阳离子载流子，降低离子间静电屏蔽效应，晋升离子迁徙率与有用电导率。经由过程协同调控传热历程中的相变更力学与传质历程中的离子迁徙举动，相干水凝胶水伏器件的事情温域拓展至-35°C至80°C，功率密度较现有技能晋升一个数目级。该水凝胶还有具有优秀的热不变性及机械不变性，于极度温度情况下仍能连结跨越1000%的拉伸应变率。
上述结果为水伏发电技能的现实运用与范围化推广提供了要害支撑，揭示出其于宽温域、高输进场景下的运用潜力，有望鞭策该技能于无人平台、低空经济和各种轻量级、漫衍式装备中阐扬主要作用。
相干论文信息：https://doi.org/10.1039/D5EE04508H、https://doi.org/10.1038/s41467-025-68133-1
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