纤维素

当纤维素表面的羟基、羧基或磺酸基在水中发生部分离解后，固体表面形成净电荷，并吸引反离子形成紧密层与扩散层。

IV纤维素水伏发电的材料与器件设计框架作者将研究进展按四种能量来源进行分类，并在每一类中进一步区分纯纤维素体系和纤维素复合体系。

a代表性纤维素衍生物；

图3a总结了代表性纤维素衍生物；

韩国生产技术研究院JinKieShim&延世大学CheolminPark等人综述了基于纤维素的水伏器件在四大主流类型——湿气发电、蒸发发电、渗透发电及液滴发电中的研究进展，并阐明了纤维素的结构层级、表面化学性质及其水合行为在电水动力传输与器件整体性能中的作用机制。

II纤维素的结构基础、加工方式与功能特性

II纤维素的结构基础、加工方式与功能特性纤维素由β-(1→4)糖苷键连接的D-葡萄糖单元构成，每个脱水葡萄糖单元含有三个羟基。

b–d纤维素结构与不同形态水之间的相互作用，并由此形成四类水伏发电器件；

XI总结与展望该综述从分子、材料、界面和器件多个尺度构建了纤维素水伏发电的系统知识框架。

作者指出，纤维素水伏发电仍面临六项关键挑战：第一，经典EDL和Debye长度模型难以描述水合膨胀、孔道动态变化和非均匀电荷分布；

只有将电学性能、加工重现性和全生命周期环境效益共同纳入设计，纤维素水伏发电才可能由实验室概念真正发展为可规模部署的低碳自供能技术。

纤维素水伏发电的真正价值不只是“用水发电”，而是将可再生生物质、界面离子学和自供能电子系统连接起来。

纤维素水伏发电的综合比较。

该综述从分子、材料、界面和器件多个尺度构建了纤维素水伏发电的系统知识框架。

III纤维素水伏发电的统一作用机制

III纤维素水伏发电的统一作用机制双层(electricdoublelayer，EDL)是四类水伏机制共同的界面基础。

IV纤维素水伏发电的材料与器件设计框架

b纤维素水伏发电研究关键词的VOSviewer网络图；

c纤维素水伏发电器件的发展时间线。

e纤维素水伏发电的典型应用场景。

IX纤维素水伏发电的器件集成与应用9.1作为可持续微型电源单个纤维素水伏单元的输出通常处于亚伏至伏特范围，可通过串联提高电压、并联提高电流，并配合电容器或电池进行能量管理。

公开学术资料显示，在纤维素复合材料、阻隔包装和绿色包装技术方面发表多项成果。

纤维素水伏发电作为电源的应用。

纤维素水伏发电在健康监测和预警中的应用。

图2a展示了木材、棉花、草本植物、农作物、果蔬、绿藻和细菌等多种纤维素来源。

a纤维素材料的来源及相对比例；

c纤维素材料的主要物理化学与生物学特性。

复合体系则引入导电填料、离子聚合物、二维材料、MOF或COF等组分，以提高电子/离子传输效率、吸湿能力或界面稳定性。

这一机制导向的视角将纤维素材料设计与湿气、蒸发、渗透及液滴四类发电系统的功能表现紧密衔接，同时指明了高效环保水伏技术在可持续原料获取、标准化测试及规模化制备方面的实践方向。

将纤维素复合材料与TENG集成并结合TM核心功能创造了自供电、可热管理、可穿戴/可植入智能系统。

非接触式TENG热传感的设想为未来智能建筑、工业安全及新能源领域的安全系统设计开辟了一条富有想象力的技术路径。

5.2纤维素复合湿气发电体系复合策略可弥补纤维素电子导电性有限、单组分离子迁移率不足和输出稳定性较低等缺陷。

6.2纤维素复合蒸发发电体系为提升EEG的电荷收集和环境适应性，研究者通常将纤维素与碳材料、导电聚合物或二维材料复合。

7.2纤维素复合渗透能发电体系复合OEG的目标是在高离子通量与高选择性之间取得平衡。

纤维素复合EEG。

纤维素复合MEG。

纤维素复合OEG。

VII纤维素基复合材料的TM-TENG应用TENG可以根据环境温度在热调节模式(冷却和加热)之间灵活切换。

dMEG、EEG、OEG和DEG四类纤维素器件的电学性能比较。

纤维素器件覆盖的电压和电流密度范围最广且较为均衡，报道数量也最多；

通过化学交联、离子化、梯度结构、复合填料和多层器件设计，纤维素体系已能够在较宽环境条件下获得具有竞争力的电压和电流，并完成从单元发电到电源、传感和预警系统的功能跨越。

作者将研究进展按四种能量来源进行分类，并在每一类中进一步区分纯纤维素体系和纤维素复合体系。

在真实纤维素体系中，经典刚性界面的EDL模型并不能完全适用。

纯纤维素体系主要利用本征羟基、纳米纤维网络和天然各向异性孔道，通过氧化、离子化、交联和结构致密化调控表面电荷与离子通路；

去蜡或熔融蜡层后，暴露的亲水纤维素容易形成连续水膜并造成电学短路，输出显著下降。

III纤维素水伏发电的统一作用机制

III纤维素水伏发电的统一作用机制双层(electricdoublelayer，EDL)是四类水伏机制共同的界面基础。

b–d纤维素结构与不同形态水之间的相互作用，并由此形成四类水伏发电器件；

图2b–d将半纤维素/木质素包覆的天然植物结构、纤维素链及其与湿气、蒸发水流、盐水和液滴的相互作用联系起来，并对应形成湿气能量发电机(MEG)、蒸发能量发电机(EEG)、渗透能发电机(OEG)和液滴能量发电机(DEG)四类器件。

图7g展示MOF在纤维素原纤上的原位生长与界面相互作用。

图6d、e通过Al3⁺与纤维素羟基配位，使多价离子同时承担吸湿盐和离子交联剂的作用，在维持孔隙的同时提高抗溶胀性，代表性器件可实现约0.95V、112μAcm⁻2和106.1μWcm⁻2的输出。

图文导读I水伏发电的发展脉络与纤维素平台水伏发电并非完全新近出现的概念，其理论基础可追溯至1808年发现的电渗和电泳现象。