科学网-[转载]「好文分享」韩国汉阳大学Yong-Ho Choa教授课题组：NiCo LDH涂层水伏发电机-赵慧敏的博文

[转载]「好文分享」韩国汉阳大学Yong-Ho Choa教授课题组：NiCo LDH涂层水伏发电机

2025-10-28 16:14

阅读：167

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.07.007

【文章导读】

水驱动能量收集技术作为一种可持续能源策略，可利用丰富且环境友好的水资源来应对全球对可再生能源日益增长的需求。泡沫镍因具有高孔隙率、优异的机械稳定性和电导率，可实现高效的水传输与离子扩散，被认为是水伏能量转换的理想基底材料。然而，现有研究多集中于提升材料表面离子传输或优化孔结构，缺乏二者的协同调控；孔结构、亲水性及蒸发动力学之间的关联机理仍有待明确。同时，机械压缩对水传输与水化稳定性的定量研究较为有限。基于此背景，韩国汉阳大学（Hanyang University）Yong-Ho Choa教授课题组提出了一种新型水伏发电器件，通过对超薄泡沫镍进行机械调控孔结构，并引入镍-钴层状双氢氧化物（NiCo LDH）表面修饰实现性能提升。文章发表在Green Chemical Engineering（GreenChE），题为“Enhanced energy harvesting via pore-engineered ultrathin Ni foam: NiCo LDH-coated hydrovoltaic generator”。

【研究亮点】

■ 通过孔结构工程将超薄泡沫镍的孔径由148 μm缩小至37 μm，显著提升其毛细压力与水分保持能力。

■ NiCo LDH 表面修饰精确调控材料亲水性，有效抑制过度蒸发并增强水驱动能量采集效率。

■ 在50%相对湿度条件下，使用 0.270 cm³、3.5 wt% NaCl溶液时，装置实现最高550 μWh/cm³的能量输出。

■ 串联结构电压可达0.58 V，并联结构电流可提升至46 μA，装置展现出良好的可扩展性。

■ 数值模拟验证了孔限域传输与蒸发调控之间的协同作用对增强能量输出的贡献。

【内容概述】

本研究通过机械压缩将孔径由148 μm缩小至37 μm，显著提高了毛细压力，从而增强水分保持能力并维持持续的离子扩散。同时，这种结构改性有效降低了水分蒸发速率，延长了水合状态并改善了电荷分离效率。本研究首次从实验层面提出了基于压缩调控的水伏能量采集设计策略，为构建可规模化、可调控的纳结构材料水基发电平台提供了新的方向，对可持续能源开发具有重要意义。

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图1. 涂覆NiCo LDH的多孔泡沫镍的结构表征。

该策略结合了宏观结构调控与纳尺度表面化学修饰的协同效应，使得能量输出相比未修饰泡沫镍提升了约8倍（117.56 μWh/cm³），在进一步优化NiCo LDH涂层后，最高能量输出可达到约550 μWh/cm³。数值模拟结果与实验表现一致，验证了毛细驱动的水传输与蒸发调控之间的耦合作用对于提升水伏性能的关键影响。

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图2. 具有可控孔隙结构的NiCo LDH包覆泡沫镍实现能量输出增强。

图3. 放大和连接配置对能量收集性能的影响。

编辑/排版：GreenChE编辑部

【文章信息】

J.Y. Park, T.W. Yun, S.-H. Lee, H. Kim, J.-S. Byoen, B. Kim, J. Oh, D.-W. Jeong, Y.-H. Choa, Enhanced energy harvesting via pore-engineered ultrathin Ni foam: NiCo LDH-coated hydrovoltaic generator, Green Chem. Eng., https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.07.007 (2025).

【期刊简介】

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子7.6，位列Q1区，最新CiteScore为15.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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