水发电器件电极结构优化研究

作     者：邢梦迪 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨希佳;李丽

授予年度：2024年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：水伏发电 镍钴氧化物 水蒸发 碳布 

摘      要：面对日益严重的环境污染和能源危机,探求能源转换的视角逐渐转移到从自然环境中得到绿色环保的能源转换形式,寻求绿色能源转换技术成为当今社会的重要议题。地球表面的72%都被水体覆盖,水蒸发现象规模庞大且无处不在。如果能够合理地将水蒸发驱动带来的能量转换为常用的电能等资源,将极大地应对能源危机的挑战。本文采用水伏发电领域常用材料-碳材料,作为水伏发电器件中重要的层结构,通过对碳布材料进一步处理,优化电极结构,从而优化水伏发电器件结构,最终达到提高水伏发电器件的整体性能。 （1）以碳布（CC）为基础,通过水热和煅烧等方法制备了NiO@CC的层结构,NiO颗粒具有片状的纳米花结构,这将提供大量可以与水接触的活性位点,其中以镀Ag铜板和NiO@CC的层结构分别作为器件正负极,构建三明治结构的水伏发电器件。在室温的测试条件下,发电机可以输出0.3 V的开路电压（Voc）和40μA/cm的短路电流（Isc）。经过10 h测试后电压依旧可以维持在0.3 V,表明发电机具有较好的稳定性。 （2）引入比表面积更大的镍钴氧化物来提高器件的输出性能,制备的NiCoO纳米颗粒具有针尖状的纳米花结构,采用简单的一步水热法合成NiCoO@CC,在不改变器件其他层结构的基础上,最大可能优化水伏发电器件的性能。其中以镀Ag铜板和NiCoO@CC的层结构分别为器件正负极,层层组装构建三明治结构水伏蒸发器件。经过SEM、XRD等测试手段得知,NiCoO已经成功生长在碳布表面。经过电机性能测试,得出在24 h测试后器件可以正常工作,说明发电机具有较好的稳定性。 （3）利用滤纸和碳布优异的网状结构,通过一步浸泡法改良碳布的吸水性能,优化器件的结构与性能,通过调控LiCl溶液的浓度,调控碳布上负载Cl的负载量,进而调控水伏发电机的输出性能,来寻找最优的水伏发电机组合,进一步探究水伏发电器件的工作原理。在室温的测试条件下,发电机最高可输出产生0.7 V左右的开路电压（Voc）和100μA/cm的短路电流（Isc）。