近日，材料學院許鳳教授團隊在纖維素氣凝膠領域取得新進展，在《Advanced Functional Materials》（中科院一區，影響因子18.5）以“Ambient-Dried Nanocellulose Composite Aerogels for Enhanced Hydrovoltaic Electricity Generation”為題發表論文。
傳統的水力發電技術是將水能通過機械能間接轉化為電能，近年來新興的水伏發電技術可以從無處不在的水蒸發過程中直接獲取電能。利用可再生多孔氣凝膠開發水伏發電機可以促進其可持續性和發電性能，為綠色能源開辟廣闊的前景。然而，氣凝膠的傳統制備方法（如冷凍干燥和超臨界干燥）具有成本高、耗時、依賴特定設備等缺點，而且得到的氣凝膠往往具有較差的濕強度。在常壓條件下制備氣凝膠，需要表面/結構工程來強化氣凝膠結構，提高濕態穩定性的同時確保材料的完整性，以承受溶劑（水）蒸發產生的毛細力，從而克服干燥和工作過程中的結構坍塌問題。
許鳳教授團隊提出了一種納米纖維素/碳納米管復合氣凝膠的常壓制備新技術，并構建了高效水伏發電機。通過原料改性及結構設計，不僅能夠在常壓干燥和水伏發電過程中穩定復合氣凝膠的多孔網絡結構，還能通過增強氣凝膠與水分子的相互作用來增強水伏發電性能。
制備出的復合氣凝膠可在水中長期工作，輸出電壓和功率密度分別高達 697 mV， 0.57 μW cm-2，并且在鹽水中顯示出更高的輸出電壓（850 mV）和功率密度（3.82 μWcm-2）。此外，大規模集成的氣凝膠發電單元可以提供定制的電力輸出，為各種電子設備供電，并通過人機交互有效地檢測水泄漏。這項研究為納米纖維素復合多孔材料應用于水伏發電提供了一種可靠、高效的策略，并為自供電水傳感的發展提供了有力幫助。
材料學院博士研究生曹夢遙為該論文第一作者，陳勝副教授和許鳳教授為共同通訊作者，北京林業大學為第一署名單位。
該研究得到了國家自然科學基金（22378023、22108014、U22A20422）、中國天山創新團隊計劃項目（2023D14020）、北京林業大學5·5工程研究與創新團隊項目（BLRC2023B01）等項目的資助與支持。
