空气中无处不在的水汽是极具潜力的可再生能源，湿气驱动发电机无需光照、摩擦即可将环境湿度转化电能，适配可穿戴设备、野外无源传感等低功耗场景，但现有器件普遍存在输出衰减快、长期储存稳定性差的短板，难以落地实用。

图1：梯度双层电纺膜湿气发电器件结构、纤维形貌、电极性能及与同类器件性能对比。

  2026年7月7日，安徽农业大学朱天雪团队联合福州大学赖跃坤教授，在顶刊《Advanced Functional Materials》发表题为A Bilayer Electrospun Membrane With Gradient Structure for Long-Term Stable Moisture-Driven Energy Generator的全新研究，通过梯度双层PAN/S-PANI静电纺丝膜搭配静电植绒碳布电极（图1a)，构筑协同增效的高性能湿气发电机，依靠定向水汽输运与可控离子迁移，同时实现超高电学输出与超长服役稳定性，为柔性自供电系统提供全新设计思路。

  研究人员采用10 wt.%与15 wt.%两种前驱液分步静电纺丝，形成疏松、致密双层不对称孔隙结构，两层孔隙率分别为45.35%与35.13%，天然构建跨膜湿度梯度(图1b-c）；Zeta电位测试显示疏松层电位低至-28 mV（图1f），内含大量磺酸基团，遇湿快速解离H?、Li?阳离子，同时阻挡阴离子无序扩散，搭配表面垂直排布短切碳纤维的植绒碳布电极，水滴渗透实验直观证明该电极能够实现水汽单向渗透、大幅提升水分蒸发速率，从结构层面打通水汽与离子定向输运通道，对比单层膜、反向梯度结构器件，这种双层梯度设计可同步兼顾吸湿储水、定向扩散与离子分离，植绒电极进一步大幅提升短路电流输出，二者协同解决长期输出衰减的核心难题。

  器件依靠孔隙梯度与毛细力驱动水汽从疏松层单向流向致密层，持续形成稳定离子浓度差，植绒碳布不断加速表层水分蒸发以维持膜内湿度梯度，阳离子持续向碳布电极富集，在铝电极与碳布之间稳定输出直流电。溴酚蓝指示剂实验可视化验证质子定向扩散过程，FTIR、EDS表征证实LiCl主要提升膜体吸湿性，磺酸基团才是质子供给核心，KPFM测试也观测到发电过程中碳布电极表面电位显著抬升，阳离子持续富集，完整印证团队提出的离子输运机理；氙灯光热辅助照射还能进一步加快界面蒸发，同步抬升电压与电流，适配户外全天候使用场景，器件最大功率密度可达412 μW/cm2，负载适配范围广。

图2：湿气发电机规模化集成、长期储存稳定性与实际穿戴应用效果

  单块1 cm2器件在45℃、相对湿度超80%条件下，最高开路电压1.1 V、短路电流可达3.3 mA；多单元阵列可自由串并联，9组串联电压线性提升至7.6 V，并联电流增至1.4 mA，5×10织物阵列能够稳定输出41.4 V（图2a-c），满足绝大多数低功耗电子设备供电需求。最突出的突破是器件超长储存稳定性，常温环境存放180天后，依旧能保持0.7 V以上开路电压与450 μA以上电流输出（图2d），远优于当前主流湿电设备，无需密封养护，长期存放后接触湿气性能可快速恢复。整套发电织物柔性优异，能够随意弯折卷曲，可制成穿戴袖套持续为计算器、温湿度计、无线耳机、智能手表供电，滴加盐水提升环境湿度后，器件电流快速回升，配套LED亮度明显增强，对环境湿度波动具备极高响应灵敏度。

  这项研究针对湿气发电机稳定性不足、离子输运难以调控两大痛点，依靠不对称孔隙梯度结构构建稳定湿度与离子迁移通道，搭配植绒功能化碳电极强化水汽蒸发效率，再结合S-PANI固定阴离子位点、LiCl调控吸湿能力，三者协同实现长达半年稳定储能输出。该柔性发电织物制备工艺简单、无环境污染、可大面积织造，在可穿戴健康监测传感器、野外无源物联网终端、微型植入式医疗器件领域具备广阔应用前景，梯度膜与植绒电极耦合的设计思路，也为下一代长效、高输出湿气能量收集器件提供了可复制的研发范式。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76897