海洋所在水滴能量捕獲與腐蝕防護(hù)結(jié)合取得新進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在水滴能量捕獲與腐蝕防護(hù)結(jié)合方面取得新進(jìn)展,科研人員基于改性MXene/SiO2的摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG),收集各種形式水滴能量并作為獨(dú)立電源為金屬提供電化學(xué)陰極保護(hù),相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal發(fā)表。
水能開發(fā)一直是能源領(lǐng)域的重要研究方向之一。收集波浪、雨滴等各種水滴中的能量是一種綠色的能量利用手段,近年來取得了重要的研究進(jìn)展。TENG是基于摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合技術(shù),水本身是一種摩擦材料,當(dāng)與聚合物介電材料表面接觸摩擦?xí)r,可以使表面帶電,形成固液TENG結(jié)構(gòu),具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、持久性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。將其應(yīng)用于陰極保護(hù)可以很好地解決傳統(tǒng)陰極保護(hù)存在的環(huán)境依賴性、資源浪費(fèi)等問題,為電化學(xué)腐蝕防護(hù)綠色化提供便利的能量來源。
本研究面向分布式水滴能量收集,開發(fā)了具有可獨(dú)立供能的摩擦納米發(fā)電機(jī)陰極保護(hù)系統(tǒng),以增強(qiáng)復(fù)合介電層對(duì)電荷的捕獲和存儲(chǔ)能力為切入點(diǎn),開發(fā)了MXene/SiO2@PDMS復(fù)合介電層材料。通過MXene搭配SiO2改性聚二甲基硅氧烷,形成的聚合物具有高電負(fù)性和導(dǎo)電性,增強(qiáng)了復(fù)合介電層中電子的存儲(chǔ)深度和表面電荷密度,輸出性能得到了顯著提升。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了固液TENG新型陰極保護(hù)系統(tǒng),對(duì)金屬材料進(jìn)行陰極保護(hù)后腐蝕速度明顯降低,金屬材料受到了良好的保護(hù),為固液TENG在電化學(xué)陰極保護(hù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了有益的指導(dǎo)。

固液TENG的摩擦起電機(jī)制和材料改性示意圖

固液TENG電化學(xué)腐蝕防護(hù)應(yīng)用和效果評(píng)價(jià)
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所碩士研究生王明星,通訊作者為王秀通研究員。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目等基金項(xiàng)目的支持。
相關(guān)成果:
Mingxing Wang, Xiutong Wang*, Youbo Nan, Hui Xu, Hui Zhou, Yanan Sun, Peijia Yi, Teng Yu. Droplet energy harvesting system based on MXene/SiO2 modified triboelectric nanogenerators. Chemical Engineering Journal, 2023 (477): 146832. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146832.
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