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研究人员制成可从室内湿气发电的“壁纸” 但目前仍是实验原型
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- 荷鲁斯快报
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纽约州立大学宾汉姆顿分校研究团队开发出一种纸基“湿电”壁纸原型，能够从室内空气中吸收水分并产生少量电力，同时缓冲湿度变化。相关研究发表于《先进能源材料》。团队表示，该装置并非用于取代电网或屋顶太阳能，而是探索为环境传感器、无线模块等低功耗物联网设备供电。
这种原型以厚度约340微米的实验室色谱纸为基材，每个约2厘米见方的发电单元分为三个区域。边缘涂有甘油，用于吸收空气中的水蒸气；中间区域含有聚乙烯吡咯烷酮（PVP），通过较小孔隙和较强吸水能力将水分向内部引导；中心则经过蜡处理，阻挡液态水但允许水蒸气通过微孔逸出。石墨油墨被用于制作电极，银浆填充的激光通孔负责连接单元，线路则隐藏在纸张背面。
发电过程依靠吸湿、内部输水和中心蒸发持续进行。水分子与甘油、纤维素及PVP中的化学基团作用后释放质子，边缘与中心之间形成离子浓度差，促使带电粒子移动并建立电压，再由石墨电极收集电流。研究人员将吸湿区设置在外围、蒸发区置于中央，使水分沿单张纸面定向移动。蜡层并非完全密封，而是选择性阻挡液态水、允许水蒸气排出，以维持所需湿度梯度。
在相对湿度80%的测试条件下，单个单元产生约0.34伏电压，峰值功率密度约为每平方厘米2.2微瓦；按整个4平方厘米单元占地面积计算，功率密度约为每平方厘米0.55微瓦，输出持续稳定约90分钟。串联10个单元时，电压约为2.9伏；并联10个单元时，电流约为240微安。实验显示，环境湿度越高，单元吸收水分越多，整体输出通常也越强。
研究团队还把1596个单元组成较大阵列，在约38%的相对湿度条件下，15分钟内将室内湿度降至约32%，并演示为无线键盘供电。演示过程中使用了电容器储能，以便在键盘工作时释放电荷。在较小规模实验中，35个单元曾为湿度传感器供电约15分钟，显示出与低功耗电子设备结合的可能性。
研究人员随后在30×30×15厘米的密闭箱体内测试湿度缓冲功能，28个单元约4分钟将湿度从75%降至50%。吸湿后的纸张置于干燥空气中时，还能释放水分，使箱体湿度在约16分钟内从15%升至20%。不过，这些结果均来自受控实验，不能直接等同于整间住宅的长期除湿或持续供电能力。
团队计划采用蜡印、喷涂、丝网印刷和激光加工等工艺，争取实现壁纸全流程可印刷并扩大生产规模。目前原型仍使用实验室纸张，研究尚未证明产品级耐用性、长期循环稳定性以及不同通风条件下的家庭实际表现。研究人员还指出，当相对湿度接近90%至95%时，中心蒸发所需的水蒸气压差可能减弱，发电输出或趋于平台，甚至出现下降。
