全新有機離子二極管：為便攜式電子產(chǎn)品提供源源不斷的電能

　　便攜式電子產(chǎn)品功能日新月異，發(fā)展速度遠遠超出了其電池續航能力的提升。為了滿(mǎn)足下一代便攜式電子產(chǎn)品進(jìn)一步智能化、集成化、可持續化的發(fā)展需求，迫切需要開(kāi)發(fā)可長(cháng)時(shí)間持續穩定工作的電源系統以彌補電池容量的不足。如果能將人類(lèi)日常肢體運動(dòng)產(chǎn)生的機械能收集起來(lái)并為電池充電，則可為便攜式電子產(chǎn)品提供源源不斷的電能。實(shí)現這一概念的關(guān)鍵在于如何在便攜式電子產(chǎn)品中完成“從機械能到電能的高效轉換”。目前這類(lèi)轉換主要依賴(lài)壓電效應。然而，壓電效應適用于收集高頻率機械振動(dòng)(大于10赫茲)產(chǎn)生的能量，但人類(lèi)日常肢體運動(dòng)往往在更低的頻率范圍內(小于1赫茲)。頻率不匹配使得能量收集大打折扣，無(wú)法滿(mǎn)足應用需求。

　　近日，美國賓州州立大學(xué)研究團隊公布了他們全新的“機械能-電能轉化”概念和器件，能夠實(shí)現對低頻率機械振動(dòng)能量的高效收集。這種器件基于柔性輕質(zhì)的有機離子二極管，它在人類(lèi)日常肢體運動(dòng)頻率范圍內的“機械能-電能轉化”功率密度比傳統壓電器件高出幾個(gè)數量級，可滿(mǎn)足下一代便攜式電子產(chǎn)品的需求。

　　賓州州立大學(xué)材料科學(xué)與工程系QingWang教授介紹說(shuō)：“這項設計專(zhuān)門(mén)針對如何將這些普遍存在而又未被利用的的低頻機械能轉換為電能。正因為如此，我們想到了有機離子p-n節這類(lèi)器件”。

　　這類(lèi)有機離子p-n節的兩個(gè)電極分別由帶有相反電荷的聚電解質(zhì)納米復合材料構成，中間通過(guò)聚碳酸酯薄膜隔開(kāi)。當向p-n節上施加機械應力時(shí)，內部載流子(可移動(dòng)離子)的平衡被打破，p-n節的固有機制驅使載流子開(kāi)始持續擴散，直至新的平衡重新建立。這一過(guò)程完成了機械能到電能的轉換。由于離子運動(dòng)的特點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程恰好匹配人類(lèi)日常肢體運動(dòng)的頻率。

　　QingWang教授還提到：“因為這種器件主要由柔性輕質(zhì)的聚合物材料構成，我們希望能將它們放置到下一代智能手機等便攜式產(chǎn)品當中，用來(lái)提供電池所需的部分能量從而大大降低電池的充電需求及其安全隱患。”