(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(71)申請人哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)(哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院)地址518055廣東省深圳市南山區(qū)桃源街道深圳大學(xué)城哈爾濱工業(yè)大學(xué)校區(qū)(72)發(fā)明人王紫璇劉嘉怡陳昱澤(74)專利代理機(jī)構(gòu)上海段和段律師事務(wù)所專利代理師顧淑博E03B3/28(2006.01)(54)發(fā)明名稱纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)本發(fā)明提供了一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊、模塊；所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊通過傳輸電路連接儲電模塊，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊通過氣體輸送管路分別連接儲氧模塊與儲氫模塊；所述冷凝板傾斜設(shè)置在水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊的上方，所述冷凝板的末端連接儲水模塊。通過設(shè)置冷凝板以及水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊，充分利用日間太陽光資源與全天候濕氣21.一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括水電氫聯(lián)產(chǎn)所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)通過傳輸電路連接儲電模塊(14),所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)通過氣體輸送管路分別連接儲氧模塊(15)與儲氫模塊(16);所述冷凝板(12)傾斜設(shè)置在水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)的上方，所述冷凝板(12)的末端連接儲水模塊(13)。2.如權(quán)利要求1所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)包括自上至下依次貼合連接的第一金屬多孔陽電極(1)、氣凝膠層二水凝膠層(9)以及惰性電極(10);所述第一水凝膠層(8)的兩側(cè)分別設(shè)置有光電陽極(6)和光電陰極(7),所述光電陽極(6)、第一水凝膠層(8)以及光電陰極(7)三者依次在同一水平方向上貼合連接；所述光電陽極(6)通過氣體收集管路連接儲氧模塊(15),所述光電陰極(7)通過氣體收集管路連接儲氫模塊(16);所述第一金屬多孔陽電極(1)、金屬多孔陰電極(2)、第二金屬多孔陽電極(4)、惰性電極(10)、光電陽極(6)以及光電陰極(7)分別通過傳輸電路連接儲電模塊(14)。3.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一金屬多孔陽電極(1)與金屬多孔陰電極(2)組成流動電勢電極對；所述氣凝膠層(3)吸附高濕度側(cè)的水，所述吸附的水和氣凝膠層(3)解離形成陽離子，所述陽離子自氣凝膠層(3)的高濕度側(cè)移動至氣凝膠層(3)的低濕度側(cè)；所述第一金屬多孔陽電極(1)、氣凝膠層(3)以及金屬多孔陰電極(2)實(shí)現(xiàn)流動電勢發(fā)4.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二金屬多孔陽電極(4)與惰性電極(10)組成濕度電極對；所述第一水凝膠層(8)包括強(qiáng)吸濕水凝膠層，所述第二水凝膠層(9)包括弱吸濕水凝膠所述第一水凝膠層(8)和第二水凝膠層(9)吸附空氣中的水以及氣凝膠層(3)中的水，自所述第一水凝膠層(8)上側(cè)至第二水凝膠層(9)下側(cè)的方向形成濕度梯度和陽離子濃度所述第二金屬多孔陽電極(4)、第一水凝膠層(8)、第二水凝膠層(9)以及惰性電極(10)實(shí)現(xiàn)濕度發(fā)電。5.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電陽極(6)與光電陰極(7)組成光催化水分解電極對；所述第一水凝膠層(8)通過第一水凝膠層(8)的納米傳輸通道分別連接光電陽極(6)與光電陰極(7),所述光電陽極(6)發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，所述光電陰極(7)發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)氫氣；所述光電陽極(6)、第一水凝膠層(8)以及光電陰極(7)實(shí)現(xiàn)光催化水分解發(fā)電。6.如權(quán)利要求1所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)包括多個，多個所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊(11)呈陣列式排布。37.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣凝膠層(3)包括纖維素及其衍生物、金屬有機(jī)骨架、吸濕性鹽、石種或多種。8.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一水凝膠層(8)和第二水凝膠層(9)均包括纖維素及衍生物、金屬有機(jī)骨架、吸濕性鹽、交聯(lián)劑中的一種或多種。9.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所氧化鐵中的一種或多種。10.如權(quán)利要求2所述的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，光電陰極(7)材料包括鉑、摻銠的鈦酸鍶、硫化鎘、二硫化鉬、氧化銅、羥基氧化鐵中的一種或多種。4纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及光解制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002]伴隨人口激增以及工業(yè)發(fā)展，傳統(tǒng)能源以及淡水資源的消耗量急劇上升。不可再生的煤礦、燃油消耗加劇，傳統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的污染物威脅生態(tài)環(huán)境。此外，淡水資源分配不均導(dǎo)致干旱頻發(fā)，亟需開發(fā)綠色能源與多樣化水資源利用技術(shù)。[0003]水資源在能源領(lǐng)域有極大的潛力，具備多種發(fā)電模式以及氫能源制備方式，其中氣態(tài)水資源數(shù)倍于河流總水量，相對于海水又省去了凈化工序，因此是理想的綠色能源。濕能源聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研發(fā)成為重中之重。[0004]現(xiàn)有公開號為CN118063860A的專利文獻(xiàn)，公開了一種纖維素基氣凝膠濕氣發(fā)電材料、其制備方法及應(yīng)用。該發(fā)電材料包括纖維素和有機(jī)/無機(jī)功能微納組分。該制備方法包括：將纖維素配制成纖維素溶膠或纖維素凝膠，加入有機(jī)/無機(jī)功能微納組分，倒入模具中，經(jīng)冷凍、干燥即得。然而該專利局限于較低的電壓輸出以及單一的用途，沒有涉及氣態(tài)水、[0005]現(xiàn)有公開號為CN118407062A的專利文獻(xiàn)，公開了一種基于濕氣發(fā)電機(jī)的自維持電解水制氫系統(tǒng)，包括電解水模塊、供電模塊和濕氣供應(yīng)模塊；所述電解水模塊包括電解池、電解液、銀片電極、鉑絲電極和開關(guān)；所述供電模塊包括濕氣發(fā)電機(jī)陣列；所述濕氣發(fā)電機(jī)包括功能性吸濕膜、銀電極和導(dǎo)電碳帶電極；所述功能性吸濕膜包括依次設(shè)置的海藻酸鈉層、過渡層和殼聚糖季銨鹽層；所述銀電極和所述導(dǎo)電碳帶電極分別作為正極和負(fù)極；所述濕氣發(fā)電機(jī)陣列的正極與所述銀片電極通過導(dǎo)線相連接，負(fù)極與所述鉑絲電極通過導(dǎo)線相連接；所述濕氣供應(yīng)模塊通過水的自然蒸發(fā)為所述供電模塊持續(xù)的提供濕氣環(huán)境。該專利使用了濕氣發(fā)電模塊為電解水系統(tǒng)提供電力，但仍需要額外的水資源供應(yīng)。[0006]現(xiàn)有公開號為CN114941149A的專利文獻(xiàn)，公開了一種基于太陽光熱及光電催化集成水解制氫裝置，該裝置包括產(chǎn)氫器件、綠色室、冷卻室和熱電器件，產(chǎn)氫器件包含具有受光面的光陽極和光陰極，綠色室包含產(chǎn)氫器件，收納與所述光陽極和所述光陰極接觸的第一水溶液以及產(chǎn)生的氫氣和氧氣；冷卻室盛放溫度不高于第一水溶液初始溫度的第二水溶液；熱電器件鄰接設(shè)置于綠色室和冷卻室之間；光陽極和光陰極分別連接至所述熱電器件。該專利需要額外的液態(tài)水輸入以及兩種比熱容的液體作為媒介，依賴于液態(tài)水資源。[0007]現(xiàn)有公開號為CN119144977A的專利文獻(xiàn)，公開了一種大氣集水耦合電解水制氫系統(tǒng)，包括電催化制氫子系統(tǒng)、大氣集水子系統(tǒng)和電催化制氧子系統(tǒng)，大氣集水子系統(tǒng)位于電催化制氫子系統(tǒng)和電催化制氧子系統(tǒng)中間；所述大氣集水子系統(tǒng)中放置有吸濕材料，吸濕材料一面與電催化制氫子系統(tǒng)中放置的陰極催化劑接觸，發(fā)生電催化產(chǎn)氫反應(yīng)；吸濕材料5另一面與電催化制氧子系統(tǒng)中放置的陽極催化劑接觸，發(fā)生電催化產(chǎn)氧反應(yīng)；陰極催化劑與陽極催化劑分別通過導(dǎo)線與能量輸入子系統(tǒng)的兩個電極相連接，在能量輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動下，進(jìn)行電催化分解大氣水反應(yīng)。該專利仍需要依靠外部電力輸入，與電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電機(jī)理相同，能量轉(zhuǎn)換效率較低，且凝膠中的水分被分解的速率明顯低于吸濕速率，導(dǎo)致了大量的水分的浪費(fèi)，該系統(tǒng)沒有能將這部分剩余的水分轉(zhuǎn)化為液態(tài)水進(jìn)一步利用。[0008]構(gòu)建一種僅依靠自然界的濕氣與陽光的水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對于綠色能源發(fā)展有重要意義。發(fā)明內(nèi)容[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。[0010]根據(jù)本發(fā)明提供的一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括水電所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊通過傳輸電路連接儲電模塊，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊通過氣體輸送管路分別連接儲氧模塊與儲氫模塊；所述冷凝板傾斜設(shè)置在水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊的上方，所述冷凝板的末端連接儲水模[0011]優(yōu)選地，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊包括自上至下依次貼合連接的第一金屬多孔陽電凝膠層以及惰性電極；所述第一水凝膠層的兩側(cè)分別設(shè)置有光電陽極和光電陰極，所述光電陽極、第一水凝膠層以及光電陰極三者依次在同一水平方向上貼合連接；所述光電陽極通過氣體收集管路連接儲氧模塊，所述光電陰極通過氣體收集管路所述第一金屬多孔陽電極、金屬多孔陰電極、第二金屬多孔陽電極、惰性電極、光電陽極以及光電陰極分別通過傳輸電路連接儲電模塊。[0012]優(yōu)選地，所述第一金屬多孔陽電極與金屬多孔陰電極組成流動電勢電極對；所述氣凝膠層吸附高濕度側(cè)的水，所述吸附的水和氣凝膠層解離形成陽離子，所述陽離子自氣凝膠層的高濕度側(cè)移動至氣凝膠層的低濕度側(cè)；所述第一金屬多孔陽電極、氣凝膠層以及金屬多孔陰電極實(shí)現(xiàn)流動電勢發(fā)電。[0013]優(yōu)選地，所述第二金屬多孔陽電極與惰性電極組成濕度電極對；所述第一水凝膠層包括強(qiáng)吸濕水凝膠層，所述第二水凝膠層包括弱吸濕水凝膠所述第一水凝膠層和第二水凝膠層吸附空氣中的水以及氣凝膠層中的水，自所述第一水凝膠層上側(cè)至第二水凝膠層下側(cè)的方向形成濕度梯度和陽離子濃度梯度；所述第二金屬多孔陽電極、第一水凝膠層、第二水凝膠層以及惰性電極實(shí)現(xiàn)濕度發(fā)電。[0014]優(yōu)選地，所述光電陽極與光電陰極組成光催化水分解電極對；所述第一水凝膠層通過第一水凝膠層的納米傳輸通道分別連接光電陽極與光電6陰極，所述光電陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，所述光電陰極發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)氫氣；所述光電陽極、第一水凝膠層以及光電陰極實(shí)現(xiàn)光催化水分解發(fā)電。[0015]優(yōu)選地，所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊包括多個，多個所述水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊呈陣列式排布。碳納米管中的一種或多種。[0017]優(yōu)選地，所述第一水凝膠層和第二水凝膠層均包括纖維素及衍生物、金屬有機(jī)骨氧化鎢、羥基氧化鐵中的一種或多種?；F中的一種或多種。1、本發(fā)明通過設(shè)置冷凝板以及水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊，充分利用日間太陽光資源與全天候濕氣資源，可實(shí)現(xiàn)全天候工作以及水電氫聯(lián)產(chǎn)，具有良好環(huán)境適應(yīng)性與能量轉(zhuǎn)化效率；2、本發(fā)明通過采用原位制氫技術(shù)，省去蒸發(fā)冷凝集水步驟與電解槽的設(shè)置，減少了能源浪費(fèi)并精簡了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；3、本發(fā)明通過氣凝膠層和水凝膠層從空氣中獲取水分用于發(fā)電、集水以及氫氣生產(chǎn)，無需額外的液態(tài)水資源輸入，具有應(yīng)對水資源短缺的潛力；4、本發(fā)明通過在水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊中采用多層凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括氣凝膠層、第一水凝膠層以及第二水凝膠層，耦合了不同發(fā)電機(jī)理，有利于濕度梯度的維持，有利于結(jié)合水與液態(tài)水之間的轉(zhuǎn)變，具有高穩(wěn)定性與能效性；5、本發(fā)明通過氣凝膠層、第一水凝膠層以及第二水凝膠層采用再生性的纖維素為附圖說明[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：圖1主要體現(xiàn)本發(fā)明水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2主要體現(xiàn)本發(fā)明水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。第一金屬多孔陽電極1;金屬多孔陰電極2;氣凝膠層3;第二金屬多孔陽電極4;多孔絕緣層5;光電陽極6;光電陰極7;第一水凝膠層8;第二水凝膠層9;惰性電極10;水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11;冷凝板12;儲水模塊13;儲電模塊14;儲氧模塊15;儲氫模塊16。具體實(shí)施方式[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明7的保護(hù)范圍。[0024]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系若干傳輸電路以及氣體輸送管路。水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11上方放置傾斜的冷凝板12;冷凝板12末端連接儲水模塊13.水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11通過傳輸電路連接儲電模塊14,水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11分別通過氣體輸送管路連接儲氧模塊15與儲氫模塊16。[0025]本系統(tǒng)的水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11集成了濕度發(fā)電、大氣集水、光催化分解水以及原位制氫功能，形成光濕耦合發(fā)電機(jī)，通過多種發(fā)電機(jī)理耦合提升能量轉(zhuǎn)換效率，本系統(tǒng)的冷凝板將氣體冷凝為水，形成的液態(tài)水滴沿傾斜冷凝板12流向儲水模塊13,完成大氣集水任務(wù)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水電氫一體化自維持運(yùn)行且解除時間條件等因素限制。[0026]其中冷凝板12傾斜設(shè)置在水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11的上方，所述冷凝板12的末端連接儲水模塊13,儲水模塊13可簡單設(shè)置為集水槽。冷凝板材料優(yōu)選為石英玻璃、紫外透過玻璃、高硼硅玻璃等透光材料中的一種。[0027]具體地，水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11包括多個，多個水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11呈陣列式排布，每個水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11為一個光濕耦合發(fā)電機(jī)，呈陣列式排布的多個水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11集成光濕耦合發(fā)電機(jī)組，排與排之間的水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11采用并聯(lián)連接方式，每排間的水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11采用串聯(lián)連接方式。[0028]如圖2所示(圖中只顯示了一個水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11),水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11包括自上至下依次貼合連接的第一金屬多孔陽電極1、氣凝膠層3、金屬多孔陰電極2、多孔絕緣層5、第二金屬多孔陽電極4、第一水凝膠層8、第二水凝膠層9以及惰性電極10。第一水凝膠層8的兩側(cè)分別設(shè)置有光電陽極6和光電陰極7,光電陽極6、第一水凝膠層8以及光電陰極7三者依次在同一水平方向上貼合連接。光電陽極6通過氣體收集管路連接儲氧模塊15,光電陰極7通過氣體收集管路連接儲氫模塊16。第一金屬多孔陽電極1、金屬多孔陰電極2、第二金屬多孔陽電極4、惰性電極10、光電陽極6以及光電陰極7分別通過傳輸電路連接儲電模塊14。[0029]每個水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11作為一個光濕耦合發(fā)電機(jī)包括三組電極，自上而下為流動電勢電極對、光催化水分解電極對、濕度電極對。流動電勢電極對由上下兩片第一金屬多孔陽電極1和金屬多孔陰電極2組成，第一金屬多孔陽電極1、氣凝膠層3以及金屬多孔陰電極2實(shí)現(xiàn)流動電勢發(fā)電。光催化水分解電極對由光電陽極6與光電陰極7在水平方向上組成，光電陽極6、第一水凝膠層8以及光電陰極7實(shí)現(xiàn)光催化水分解發(fā)電。濕度電極對由上方的第二金屬多孔陽電極4與下方的惰性電極10組成，第二金屬多孔陽電極4、第一水凝膠層8、第二水凝膠層9以及惰性電極10實(shí)現(xiàn)濕度發(fā)電。流動電勢電極對下側(cè)的金屬多孔陰電極2與濕度電極對上側(cè)的第二金屬多孔陽電極4之間設(shè)有多孔絕緣層5.光催化水分解電極對連接氣體輸送管路；流動電勢電極對、光催化水分解電極對以及濕度電極對均分別連接傳輸電路與開關(guān)。每個光濕耦合發(fā)電機(jī)包括三層凝膠材料，自上而下為經(jīng)定向冷凍得到的氣凝膠層3、第一水凝膠層8以及第二水凝膠層9。[0030]具體地，第一金屬多孔陽電極1、金屬多孔陰電極2以及第二金屬多孔陽電極4均為為圓形孔、方形孔、多邊形孔中的一種或多種，第一金屬多孔陽電極1、金屬多孔陰電極2均與氣凝膠層3緊密貼合，第二金屬多孔陽電極4與第一水凝膠層8緊密貼合。8[0031]具體地，氣凝膠層3為氣凝膠復(fù)合材料，優(yōu)選為纖維素及其衍生物吸濕性鹽、石墨烯、碳納米管中的一種或多種。第一水凝膠層8和第二水凝膠層9均為水凝膠第一水凝膠層8設(shè)置為強(qiáng)吸濕水凝膠層，第二水凝膠層9設(shè)置為弱吸濕水凝膠層。的一種，多孔絕緣層5與上下兩層的金屬多孔陰電極2和第二金屬多孔陽電極4緊密貼合。三氧化鎢、羥基氧化鐵中的一種或多種，光電陰極7材料優(yōu)選為鉑、摻銠的鈦酸鍶、硫化鎘、二硫化鉬、氧化銅、羥基氧化鐵中的一種或多種，光電陽極6、光電陰極7分別緊密貼合在第一水凝膠層8的兩側(cè)。[0034]具體地，惰性電極10材料優(yōu)選為石墨、碳基材料中的一種，惰性電極10緊密貼合第二水凝膠層9。[0035]具體地，光電陽極6、光電陰極7附近的氣體管道材料優(yōu)為石英玻璃、紫外透過玻璃、高硼硅玻璃等透光材料中的一種。[0036]本發(fā)明提供的纖維素基全天候光濕耦合驅(qū)動水電氫聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)只需要自然光以及濕氣輸入，即可實(shí)現(xiàn)空氣取水、光濕耦合發(fā)電、分解大氣水分原位制氫等功能。本系統(tǒng)運(yùn)行模式包括如下：空氣取水模式：水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11外界大氣環(huán)境連通，其中的氣凝膠層3、第一水凝膠層8、第二水凝膠層9透過上方的第一金屬多孔陽電極1持續(xù)吸附空氣中的濕氣，吸附的水分通過氣凝膠層3、金屬多孔陰電極2、多孔絕緣層5、第二金屬多孔陽電極4、第一水層9由上向下擴(kuò)散并儲存。水份吸附過程可全天候進(jìn)行，其中由于夜間氣溫較低濕度較大，具備更好的吸附效果，為主要吸濕過程。日間光照充足溫度上升，達(dá)到水份解吸溫度，水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11內(nèi)的氣凝膠層3、第一水凝膠層8以及第二水凝膠層9組分吸附的水份發(fā)生脫附，蒸發(fā)出的高溫高濕氣體遇到溫度較低的冷凝板12發(fā)生冷凝，形成的液態(tài)水滴沿傾斜冷凝板12流向儲水模塊13,以完成大氣集水任務(wù)。水電氫聯(lián)產(chǎn)模塊11通過光濕耦合驅(qū)動以及分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，耦合了如下三種發(fā)電機(jī)由第一金屬多孔陽電極1-氣凝膠層3-金屬多孔陰電極2實(shí)現(xiàn)流動電勢發(fā)電：類似于細(xì)胞膜上的某些離子通道，將具有納米傳輸通道的氣凝膠層3暴露于潮濕的氣流中時，存在高濕度氣流入口側(cè)的水凝結(jié)(也包括親水性吸收)和低濕度氣流出口側(cè)的水蒸發(fā)(也包括氣溶膠分子擴(kuò)散)。濕氣經(jīng)毛細(xì)作用滲透至氣凝膠層3的三維納米網(wǎng)絡(luò)，以結(jié)合水和自由水的形式被氣凝膠層3吸附，氣凝膠層3的纖維表面羧基等基團(tuán)發(fā)生解離進(jìn)而在纖維表面形成雙電層，納米限域效應(yīng)促使陽離子(如Na?、H+)沿濕度梯度方向高濕度側(cè)向低濕度側(cè)優(yōu)先遷移，而陰離子因空間位阻效應(yīng)被部分截留在高曲率孔道內(nèi)，由此產(chǎn)生的電荷空間分離形成流動電勢。需要注意的是，氣凝膠層3的高濕度側(cè)與低濕度側(cè)并不固定，從空氣中吸附水時，高濕度側(cè)位于氣凝膠層3的上側(cè)，低濕度側(cè)位于氣凝膠層3的下側(cè)；氣凝膠層3中的水被蒸發(fā)解離時，高濕度側(cè)位于氣凝膠層3的下側(cè)，低濕度側(cè)位于氣凝膠層3的上9側(cè)。該過程的能量轉(zhuǎn)換效率受氣凝膠層3比表面積、孔徑分布及表面Zeta電位的共同調(diào)控。具體地，氣凝膠層3通過親水組分吸附空氣中的水分子，被吸附的水發(fā)生相變并導(dǎo)致含氧官能團(tuán)的解離，氣凝膠層3表面因含氧官能團(tuán)解離留下負(fù)電荷，形成第一電層，也稱緊密層；解離的陽離子(如Na+、H+)受表面電荷吸引，形成與表面電荷相反的離子云。由于離子熱運(yùn)動，陽離子濃度隨距離表面增加而逐漸降低，形成擴(kuò)散分布的第二電層，也稱擴(kuò)散層。氣凝膠層3表面電荷與周圍陽離子層構(gòu)成雙電層。離子水在氣凝膠層3的納米傳輸通道內(nèi)流動引發(fā)的擴(kuò)散層的剪切運(yùn)動導(dǎo)致表面雙電層中的自由電荷粒子(反離子)隨水分向低濕度側(cè)運(yùn)動，導(dǎo)致低濕度側(cè)電荷積累，從而在具有濕度差異的兩側(cè)之間形成電位，產(chǎn)生流動電勢，通過連接外電路構(gòu)成回路實(shí)現(xiàn)電子遷移以獲取電力。[0038]由第二金屬多孔陽電極4-第一水凝膠層8-第二水凝膠層9-惰性電極10實(shí)現(xiàn)濕度發(fā)電；氣凝膠層3上側(cè)吸收水分后，水分子和陽離子由上至下(由高濃度向低濃度)擴(kuò)散，自第一水凝膠層8上側(cè)至第二水凝膠層9下側(cè)的方向形成濕度梯度與離子濃度梯度，產(chǎn)生擴(kuò)散電勢與電流。水分被強(qiáng)吸濕的第一水凝膠層8中的親水性官能團(tuán)吸附(如-OH、-COOH和-SO?H),化學(xué)勢的差異可作為內(nèi)在激勵，使從空氣中吸收的水分子在第一水凝膠層8的表面發(fā)生相變，由氣態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水，含氧官能團(tuán)解離，進(jìn)而造成陽離子梯度并驅(qū)動擴(kuò)散過程(陽離子隨水分?jǐn)U散方向移動),在外電路中構(gòu)成回路實(shí)現(xiàn)電子遷移以獲取電力。對于由各向同性功能材料組成的吸濕凝膠，當(dāng)水分吸附在吸濕凝膠一側(cè)時，質(zhì)子的擴(kuò)散是通過沿厚度方向的水分差來實(shí)現(xiàn)的。為了長久地維持濕度梯度以達(dá)到更理想的發(fā)電效果，可引入不對稱吸濕結(jié)構(gòu)(例如同種官能團(tuán)的梯度分布、不同材料的分層復(fù)合等),通過化學(xué)成分的調(diào)節(jié)人為地引入了額外的離子濃度梯度；還可以通過定向冷凍等方式構(gòu)建擴(kuò)散方向，以加速質(zhì)子的擴(kuò)散并增加電勢差。[0039]由光電陽極6-第一水凝膠層8-光電陰極7在光照下實(shí)現(xiàn)光催化水分解發(fā)電，也稱為原位大氣水分分解：氣凝膠層3和第一水凝膠層8的親水基團(tuán)通過滲透壓梯度驅(qū)動環(huán)境水分自發(fā)吸附，經(jīng)分級孔道輸送至光電陽極6和光電陰極7;利用半導(dǎo)體材料的吸光特性，光照射產(chǎn)生電子遷移的納米傳輸通道連接光電陽極6與光電陰極7(例如Pt