CN112994523A - 一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用，将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜放置在惰性电极上，多孔金属反应辅助层放在湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜上，最后顶部放置多孔惰性电极以保证湿气渗透；本发明所产生的电能可以存储在商用的电容器中为微电子器件供电，且静电纺纳米纤维膜轻质柔软，在智能可穿戴领域拥有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于湿气发电领域，特别涉及一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用。
背景技术
能源是现代社会发展的重要支柱，电能是现代社会应用广泛的能源，智能移动设备，可穿戴器件甚至是电动汽车等从方方面面影响人们的生活。虽然有很多传统的发电方式，如火电、水电、核电等技术，但新能源的探索从未止步，光伏发电、风电、压电、摩擦电、热电等新的发电方式不断的涌现。
然而现有的发电方式如光伏发电与风力电依赖于环境，压电摩擦电等依赖于外力刺激，都有其限制性。湿气普遍存在于自然界，湿气与特殊材料作用并由湿气渗透梯度形成载流子浓度差而发电的湿气发电作为一种新的发电方式，逐渐引起人们的关注。然而现有的湿气发电材料往往缺乏柔性而且存在发电电压较低，发电时间维系较短等问题，限制了湿气发电的应用。最新一些研究发现，纳米材料以其微观尺寸能更好的捕捉空气中的湿气与水分子的特点，可以有效的提高湿气发电材料的性能，但是这方面的研究与探索还较少。
现有的湿气发电装置产生的电压较低，限制了其实际应用，本发明提供的湿气发电装置，在湿气诱导下可以产生最高1.1V的电压，使其可以在实际中有更广泛的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用，提高了发电效率，使其可以有更广泛的应用。
本发明提供一种湿气发电装置，所述装置由上至下依次包括：多孔顶部惰性电极1、多孔反应金属辅助层2、纳米纤维膜3和惰性底部电极4。
所述多孔反应金属辅助层为锌、氧化锌、氧化铁、氧化铝薄膜中的一种；所述多孔顶部惰性电极、惰性底部电极的材料均为金、银、ITO玻璃、FTO玻璃、银浆料、碳布、碳纳米管电极、金属纳米线中的一种。
所述纳米纤维膜以聚合物和特殊高分子材料为原料，通过静电纺获得。
所述聚合物为聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述特殊高分子材料为聚4-苯乙烯磺酸、全氟磺酸、聚丙烯酸中的一种或几种。
所述纳米纤维膜的厚度为20～500微米；所述多孔顶部惰性电极的孔径大小为2-3毫米；多孔反应金属辅助层的孔径大小为2-3毫米。
所述湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的厚度为20-500μm。
进一步，所述湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的厚度为60-240μm。
将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜置于惰性电极上，将多孔反应金属辅助层置于湿气发电主体静电纺纳米纤维膜上，将多孔惰性电极置于多孔反应金属辅助层上，保证湿气进入。
本发明的一种湿气发电装置的制备方法，包括：
(1)将聚合物、高分子材料和有机溶剂混合，得到纺丝液，静电纺丝，得到湿气发电主体材料静电纺纳米纤维膜；
(2)将静电纺纳米纤维膜设置在惰性底部电极上，多孔反应金属辅助层设置在静电纺丝膜上，最后顶部放置多孔顶部惰性电极。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中将聚合物和特殊高分子材料溶于有机溶剂，配制成质量分数为8-20wt％混合纺丝溶液，通过单针头静电纺丝法或自由液面静电纺丝法制备成所述湿气发电主体材料静电纺纳米纤维膜；其中聚合物与特殊高分子质量比1：1-9：1。
所述步骤(1)中聚合物的分子量为8w-60w；高分子材料的分子量为4.5w-40w。
所述步骤(1)中聚合物为聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述高分子材料为聚4-苯乙烯磺酸、全氟磺酸、聚丙烯酸中的一种或几种；纺丝液的质量分数为8-20wt％。
所述聚4-苯乙烯磺酸的分子量为45000-75000。
所述步骤(1)中静电纺丝为单针头静电纺丝法或自由液面静电纺丝；
其中所述单针头静电纺丝制备的参数为：纺丝电压12-20kV，纺丝流量0.1mL/h-1.5mL/h，纺丝距离8-25cm，纺丝时间1-20h,接收滚轴转速200-600r/min，环境温度20-30℃，湿度20-50％；
所述自由液面静电纺丝制备的参数为：纺丝电压40-60kV，供液速度10-300mL/h，接收滚筒转速10-200r/min，纺丝距离15-20cm，纺丝时间1-10h。
本发明可以通过控制静电纺丝时间对湿气发电材料主体的静电纺纳米纤维膜的厚度进行调节，实现从20微米～500微米可调。
所述步骤(2)中所述多孔反应金属辅助层为锌、氧化锌、氧化铁、氧化铝薄膜中的一种；所述多孔顶部惰性电极、惰性底部电极的材料均为金、银、ITO玻璃、FTO玻璃、银浆料、碳布、碳纳米管电极、金属纳米线中的一种。
本发明提供一种湿气发电方法，将装置放置到湿气环境中，由于一侧的多孔结构，静电纺纳米纤维膜两侧会形成不对称的湿度，并且在湿气环境下辅助金属反应层与弱酸性纳米纤维膜发生微弱反应，在高湿度一侧持续提供更加丰富的载流子，极大的提高了纳米纤维膜两侧的载流子浓度差，从而在外电路中输出更高、更持久的电压。
所述湿气施加的变化范围为50-100％(50-100％)，所述湿气变化的温度范围为5℃-95℃。
将装置置于50％以上湿度的环境中，材料在湿气作用下在顶部与底部形成加强的载流子梯度差，进而产生电压。
具体为将聚合物和特殊高分子溶液配置成高分子混合溶液；通过静电纺丝的方法，将高分子混合溶液制备为湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜；将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜放置在惰性电极上，多孔金属反应辅助层放在湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜上，最后顶部放置多孔惰性电极以保证湿气渗透；将装置放置到湿气环境中时，由于一侧的多孔结构，静电纺纳米纤维膜两侧会形成不对称的湿度，并且在湿气环境下辅助金属反应层与弱酸性纳米纤维膜发生微弱反应，在高湿度一侧持续提供更加丰富的载流子，极大的提高了纳米纤维膜两侧的载流子浓度差，从而在外电路中输出更高、更持久的电压。
本发明通过静电纺丝技术将高分子混合溶液制备为湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜，将所述湿气发电材料主体的静电纺纳米纤维膜放置于湿气绝缘的惰性电极上，并在所述静电纺纳米纤维膜上方放置多孔反应金属辅助层与多孔顶电极，以保证静电纺纳米纤维膜湿气发电材料与湿气的接触；将制备的湿气发电装置置于50％湿度以上的环境，即可诱发所述静电纺发电膜内部正负离子对的分离，释放出自由移动的载流子；顶部设置的多孔金属辅助层会协助形成更高的载流子浓度差，进而使形成的载流子从高浓度区域向低浓度区域扩散以产生电势差和电流，进而对外输出更高的电能。
本发明的一种湿气发电装置，包括：湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜，多孔反应金属辅助层和惰性电极。所述湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜层置于所述惰性电极上方，用于在湿气环境下诱发自由移动的载流子；所述多孔反应金属辅助层置于湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜与顶部多孔惰性电极之间，用于为湿气发电材料主体静电纺丝膜一侧提供更强的载流子浓度并保证不会对顶部湿气的进入进行阻挡；所述多孔顶部电极置于多孔反应金属辅助层上方，用于保证环境湿度的顶部渗入。在湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜两侧构建一个不对称的湿度时，湿气会将材料中的含氧官能团水解，从而释放出可以自由移动的载流子，由于材料内部的湿度不均匀，造成载流子浓度的差异，在扩散作用下，载流子会从高浓度区域向低浓度区域扩散，可以形成电压。当在湿气接触一侧添加多孔金属辅助层后，在湿气作用下，呈现弱酸性湿电材料被活化与金属辅助层从而在一侧提供了更加丰富的载流子，极大得增大了主体材料两侧电势差，如果外部连接上电路，此时会在外电路中输出更高更持久的电压。
有益效果
本发明提供的湿气发电方法，与传统的电化学湿气极化法、激光定向还原法相比，制备方法更加简单，另外静电纺丝法作为成熟的工艺具备大批量制备的潜力，具有大规模集成的优势，同时，静电纺材料以其微纳米结构更容易与水分子接触，添加反应金属辅助层增大了两侧电势差，进而可以形成更高更持久的电压。
本发明的湿气发电装置，可输出可观的电压，且输出的电压值在目前报道的湿气发电装置中最高，所产生的电能可以被存储在商用的电容器中为用电器供电，且制备的材料主体由静电纺丝法制备获得，轻质，柔软，在智能可穿戴领域拥有广泛的应用前景。
本发明的湿气发电装置在湿度变化时可以产生高达0-1.1伏的电压，可以通过简单的串联、并联等方式进行性能提升，并且该发电装置可以成功为商用电容器充电，为计算器屏幕、LED灯泡、LCD屏幕等用电器供电。
附图说明
图1是本发明实施例的湿气发电方法流程图；
图2是本发明的湿气发电装置结构示意图；其中(A)为顶视图；(B)为前视图；其中多孔顶部惰性电极1多孔反应金属辅助层2湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜3和惰性底部电极4；
图3是实施例1的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的照片；
图4是实施例1的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的扫描电子显微镜照片；
图5是实施例1湿气发电装置在60％湿度刺激下产生的电压信号图；
图6是实施例2湿气发电装置在80％湿度刺激下产生的电压信号图；
图7是对比例1与实例2湿气发电装置在80％湿度刺激下产生的电压信号对比图；
图8是对比例2与实例2湿气发电装置在80％湿度刺激下产生的电压信号对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(a)将购于上海化学研究所的分子量80000的聚丙烯腈和购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)按质量比为4：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制质量分数为12w％的溶液。采用自由液面静电纺丝法，设置静电纺丝参数为：纺丝电压55kV，纺丝流量20mL/h，纺丝距离20cm，纺丝时间2h,接收滚轴转速70r/min，环境温度20℃，湿度35％，得到如图3所示的柔软可折叠的湿气发电主体静电纺纳米纤维膜。
(b)如图2顶视图所示将氧化铝薄膜剪成1.5×1.5厘米的薄片，采用激光刻蚀的方法在其表面均匀打16个直径3毫米的小孔。顶部的金电极制成1.5×1.5厘米，厚1毫米的薄片，亦采用激光刻蚀法在表面打16个与氧化铝薄膜上大小相等的直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)如图4所示，上述得到的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜由直径在500nm左右的纳米纤维构成，可以有效捕获是其中的水分子。
(d)如图2所示，制备湿气发电装置：将厚度为200微米的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的金片上，然后将多孔金属辅助层放置于静电纺纳米纤维膜上，最后放上多孔金电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子发电材料对于湿气具有良好的响应性，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。如图5所示，在60％湿度刺激下，该高分子发电膜可以产生0.9V的开路电压。该电压在稳定湿气刺激下可维持四万秒以上不衰减。
需要指出的是，该高分子发电装置的性能可以通过串并联进行提高，具备大规模集成和工业化生产的潜力。另外也可以给电容器充电，进而驱动LCD显示屏工作，展现出潜在的应用价值。
实施例2
(a)将上海化学研究所分子量80000的聚丙烯腈和购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)按质量比为5：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制质量分数为12w％的溶液。采用自由液面静电纺丝法，设置静电纺丝丝参数为：纺丝电压60kV，纺丝流量15mL/h，纺丝距离20cm，纺丝时间3h,接受滚轴转速75r/min，环境温度,20℃，湿度35％，得到柔软可折叠的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜。
(b)如图2顶视图所示将氧化铝薄膜剪成1.5×1.5厘米的薄片，采用激光刻蚀的方法在其表面均匀打16个直径3毫米的小孔。顶部的金电极制成1.5×1.5厘米，厚1毫米的薄片，亦采用激光刻蚀法在表面打16个与氧化铝薄膜上大小相等的直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)如图2所示，制备湿气发电装置：将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放如图2所示，制备湿气发电装置：将厚度为110微米的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的金片上，然后将多孔金属辅助层放置于静电纺纳米纤维膜上，最后放上多孔金电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子发电材料对于湿气具有良好的响应性，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。如图6所示，在80％湿度刺激下，该高分子发电膜可以产生稳定的持续时间达40000s的1.1V的开路电压。
需要指出的是，该高分子发电装置的性能可以通过串并联进行提高，具备大规模集成和工业化生产的潜力。另外也可以给电容器充电，进而驱动LCD显示屏工作，展现出潜在的应用价值。
实施例3
(a)将购于国药集团分子量350000的聚苯乙烯和购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)按质量比为8：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制质量分数为20w％的溶液。采用单针头静电纺丝法，设置静电纺丝丝参数为：纺丝电压15kV，纺丝流量0.4mL/h，纺丝距离15cm，纺丝时间6h,接受滚轴转速350r/min，环境温度，20℃，湿度35％，得到柔软可折叠的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜。
(b)如图2顶视图所示将锌薄膜剪成1.5×1.5厘米的薄片，采用激光刻蚀的方法在其表面均匀打16个直径3毫米的小孔。顶部的银电极制成1.5×1.5厘米，厚2毫米的薄片，亦采用激光刻蚀法在表面打16个与锌薄膜上大小相等的直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)如图2所示，制备湿气发电装置：将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，将厚度为300微米的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的银片上，然后将多孔金属辅助层放置于静电纺纳米纤维膜上，最后放上多孔银电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子发电材料对于湿气具有良好的响应性，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。在60％湿度刺激下，该高分子发电膜可以产生1.0V的开路电压。该电压在稳定湿气刺激下可维持四万秒以上不衰减。
需要指出的是，该高分子发电装置的性能可以通过串并联进行提高，具备大规模集成和工业化生产的潜力。另外也可以给电容器充电，进而驱动LCD显示屏工作，展现出潜在的应用价值。
实施例4
(a)将购于上海化学研究所分子量80000的聚丙烯腈和购于阿拉丁的分子量为400000的丙烯酸按质量比为2：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制为质量分数为10w％的溶液。采用单针头静电纺丝法，设置静电纺丝参数为：纺丝电压13kV，纺丝流量0.6mL/h，纺丝距离15cm，纺丝时间6h，接受滚轴转速400r/min，环境温度20℃，湿度35％，得到柔软可折叠的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜。
(b)如图2顶视图所示将氧化氧化铝薄膜剪成1.5×1.5厘米的薄片，采用激光刻蚀的方法在其表面均匀打16个直径3毫米的小孔。顶部的ITO电极制成1.5×1.5厘米，厚1.1毫米的薄片，亦采用激光刻蚀法在表面打16个与氧化铝薄膜上大小相等的直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)如图2所示，制备湿气发电装置：将湿气发电主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为1.1毫米的ITO电极上，然后将多孔金属辅助层放置于静电纺纳米纤维膜上，最后放上多孔ITO电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子发电材料对于湿气具有良好的响应性，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。在90％湿度刺激下，该高分子发电膜可以产生0.85V的开路电压，该电压在稳定湿气刺激下可维持四万秒以上不衰减。需要指出的是，该高分子发电装置的性能可以通过串并联进行提高，具备大规模集成和工业化生产的潜力。另外也可以给电容器充电，进而驱动LCD显示屏工作，展现出潜在的应用价值。
对比例1
(a)将上海化学研究所分子量80000的聚丙烯腈和购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)按质量比为5：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制质量分数为12w％的溶液。采用自由液面静电纺丝法，设置静电纺丝丝参数为：纺丝电压60kV，纺丝流量15mL/h，纺丝距离20cm，纺丝时间3h,接受滚轴转速75r/min，环境温度,20℃，湿度35％，得到柔软可折叠的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜。
(b)将顶部的金电极制成1.5×1.5厘米，厚1毫米的薄片，并采用激光刻蚀法在表面打16个直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)将制备的厚度为110微米的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的金片上，然后放上多孔金电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子发电材料对于湿气具有良好的响应性，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。如图7所示，与实例2添加了金属辅助层的相比，同样在80％湿度刺激下，该发电膜仅仅可以产生0.3V的开路电压。
对比例2
(a)将上海化学研究所分子量80000的聚丙烯腈和购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)按质量比为5：1的比例溶于N-N-二甲基甲酰胺(购于国药集团)，配制质量分数为12w％的溶液。将适量的高分子溶液倒入培养皿，在60度下烘干，得到厚度约110微米的复合薄膜。
(b)如图2顶视图所示将氧化铝薄膜剪成1.5×1.5厘米的薄片，采用激光刻蚀的方法在其表面均匀打16个直径3毫米的小孔。顶部的金电极制成1.5×1.5厘米，厚1毫米的薄片，亦采用激光刻蚀法在表面打16个与氧化铝上大小相等的直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)将厚度为110微米左右的复合膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的金片上，然后将多孔金属辅助层放置于复合薄膜上，最后放上多孔金电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该复合薄膜在湿气的持续刺激下亦可以响应，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。如图8所示，在80％湿度刺激下，与实例2的静电纺膜相比，该复合高分子薄膜仅可以产生0.5V的电压。
对比例3
(a)将购于西格玛分子量为75000的聚(4-苯乙烯磺酸)，加入去离子水，配制质量分数为18w％的溶液。将适量的高分子溶液倒入培养皿，在60度下烘干，得到厚度约110微米的高分子薄膜。
(b)将顶部的由金电极制成1.5×1.5厘米，厚1毫米的薄片，并采用激光刻蚀法在表面打16个直径3毫米的小孔，确保湿气的进入。
(c)将制备的厚度为110微米的湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜用剪刀剪成1.5×1.5厘米，放置在厚度为0.1毫米的金片上，然后放上多孔金电极，得到三明治结构的湿气发电装置。
在该实施例中，将发电装置的两端与吉时利2400电学测试仪器相连，湿气从湿气发电装置上端的多孔顶电极处通入，实时记录产生的电学信号。该高分子薄膜在湿气的持续刺激下亦可以响应，在湿度变化时可以诱导高分子发电材料内部解离出可自由迁移的阳离子，并沿着湿度刺激方向定向迁移，从而产生电压。在80％湿度刺激下，与实例2的静电纺膜相比，该高分子薄膜仅可以产生0.8V的电压，且持续时间低于5000s。
Claims (10)
1.一种湿气发电装置，其特征在于，所述装置由上至下依次包括：多孔顶部惰性电极(1)、多孔反应金属辅助层(2)、纳米纤维膜(3)和惰性底部电极(4)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述多孔反应金属辅助层为锌、氧化锌、氧化铁、氧化铝薄膜中的一种；所述多孔顶部惰性电极、惰性底部电极的材料均为金、银、ITO玻璃、FTO玻璃、银浆料、碳布、碳纳米管电极、金属纳米线中的一种。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述纳米纤维膜以聚合物和高分子材料为原料，通过静电纺获得。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述聚合物为聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述高分子材料为聚4-苯乙烯磺酸、全氟磺酸、聚丙烯酸中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述纳米纤维膜的厚度为20～500微米；所述多孔顶部惰性电极的孔径大小为2-3毫米；多孔反应金属辅助层的孔径大小为2-3毫米。
6.一种湿气发电装置的制备方法，包括：
(1)将聚合物、高分子材料和有机溶剂混合，得到纺丝液，静电纺丝，得到静电纺纳米纤维膜；
(2)将静电纺纳米纤维膜设置在惰性底部电极上，多孔反应金属辅助层设置在静电纺丝膜上，最后顶部放置多孔顶部惰性电极。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚合物为聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述高分子材料为聚4-苯乙烯磺酸、全氟磺酸、聚丙烯酸中的一种或几种；纺丝液的质量分数为8-20wt％。
8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中静电纺丝为单针头静电纺丝法或自由液面静电纺丝；
其中所述单针头静电纺丝制备的参数为：纺丝电压12-20kV，纺丝流量0.1mL/h-1.5mL/h，纺丝距离8-25cm，纺丝时间1-20h,接收滚轴转速200-600r/min，环境温度20-30℃，湿度20-50％；
所述自由液面静电纺丝制备的参数为：纺丝电压40-60kV，供液速度10-300mL/h，接收滚筒转速10-200r/min，纺丝距离15-20cm，纺丝时间1-10h。
9.一种湿气发电方法，其特征在于，将权利要求1所述装置放置到湿气环境中时，由于一侧的多孔结构，静电纺纳米纤维膜两侧会形成不对称的湿度，并且在湿气环境下多孔反应金属辅助层与纳米纤维膜发生反应，在高湿度一侧持续提供丰富的载流子，提高了纳米纤维膜两侧的载流子浓度差，从而在外电路中输出电压。
10.一种权利要求1所述湿气发电装置在微电子器件供电或智能穿戴领域中的应用。
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