本發明涉及柔性可穿戴能源器件，尤其是涉及一種基于氣凝膠改性織物的水伏發電機及其制備方法和應用。
背景技術：
1、水伏發電（hydrovoltaic?generation）是一類利用液態水、汗液或含鹽溶液在多孔/纖維材料中潤濕、遷移及蒸發過程產生電信號并實現能量采集的技術路線，具有材料柔性好、可與織物一體化等優勢，適用于可穿戴與柔性電子供能。
2、現有水伏發電器件通常基于帶電表面/官能團與水作用后形成的界面離子富集層，在毛細吸水與蒸發驅動下使離子發生定向遷移，從而在器件兩端形成電勢差并輸出電流。由于水分梯度、孔道結構與界面離子傳輸的穩定性較難兼顧，現有技術仍普遍存在電流輸出偏低、持續時間有限、對液體環境依賴強以及封裝后輸出衰減等問題。
3、現有技術主要包括（但不限于）以下公開方案：
4、公開號為cn117937983a的專利申請公開了一種基于三維結構的織物水伏發電器裝置及其制備方法，通過三維金屬框架編織織物布條并部分浸沒于鹽溶液實現輸出。該方案的器件結構包括：三維金屬框架、編織于三維金屬框架上的織物布條；使用時將編織好的三維金屬框架一個或多個采取串聯方式以開口朝上形式放置，并使其部分浸沒于鹽溶液中，從而在液體浸沒端與空氣暴露端之間形成工作條件并輸出電信號。但該方案需要借助金屬框架實現三維支撐與固定，同時依賴外部鹽溶液環境維持工作狀態。
5、公開號為cn113395010a的專利申請公開了一種鹽溶液性能增強的水伏發電機及其制備方法與應用，通過薄膜親水區域、疏水區域及浸沒/暴露液面狀態建立濃度差輸出。
6、公開號為cn120855934a的專利申請公開了一種木基蒸發驅動水伏發電器件及其制備方法，通過木材基體改性與蒸發驅動實現輸出。但上述現有技術方案存在的主要缺點如下：
7、（1）器件結構相對復雜：依賴三維金屬框架或支撐結構，不易做成輕薄柔軟、可貼身穿戴的織物形態；
8、（2）使用方式依賴液體環境：需要將器件部分浸沒于鹽溶液或維持液面狀態，通常需容器/儲液條件配合，移動與日常使用不便；
9、（3）電流輸出與持續工作受限：開放式蒸發與供液條件波動會造成輸出衰減，封裝后蒸發/供液狀態變化又容易進一步影響持續輸出；
10、（4）對封裝適配性不足：現有方案在防護封裝后常難以同時兼顧水分傳輸與蒸發維持，從而影響長期穩定工作。
11、因此，需要一種可在織物上實現穩定三維連通孔道、兼具高電流輸出與封裝長時工作的改性織物與器件方案。
技術實現思路
1、本發明旨在克服現有水伏發電器件普遍存在的電流輸出偏低、持續發電時間短以及封裝后輸出易衰減等問題，提供一種基于氣凝膠改性織物的水伏發電機及其制備方法和應用。本發明通過在織物纖維表面協同構筑mxene導電網絡與羧甲基纖維素鈉基氣凝膠三維連通骨架結構，增強織物的氣凝膠增強結構并提高界面離子傳輸穩定性，從而提升電流輸出；同時使器件在防水織物封裝后仍可實現長時間持續輸出；此外，器件對電解質濃度變化具有電信號響應，可用于電解質濃度變化的監測與指示。
2、為實現上述目的，本發明提供一種基于氣凝膠改性織物的水伏發電機的制備方法。該方法的核心在于：利用mxene、羧甲基纖維素鈉與硝酸銀在織物纖維表面形成復合結構，并通過成膠與冷凍干燥在纖維間構建三維連通的氣凝膠增強層，從而獲得氣凝膠改性織物并組裝水伏發電機。
3、所述制備方法包括以下步驟：
4、(1)?將織物基底浸漬于mxene分散液中并干燥，得到mxene改性織物；
5、(2)?將所述mxene改性織物浸漬于羧甲基纖維素鈉溶液中，取出后得到羧甲基纖維素鈉浸漬織物；
6、(3)?將所述羧甲基纖維素鈉浸漬織物浸漬于硝酸銀溶液中并在室溫條件下成膠，得到成膠織物；
7、(4)?對所述成膠織物進行液氮冷凍與冷凍干燥，得到氣凝膠改性織物；
8、(5)?裁剪所述氣凝膠改性織物，將第一電極與第二電極分別連接于裁剪后的氣凝膠改性織物的兩側，制備得到所述基于氣凝膠改性織物的水伏發電機。
9、在一些實施方式中，在制備得到所述水伏發電機后，可采用防水織物對其上下表面進行封裝，得到封裝水伏發電機，以提高器件在實際使用過程中的穩定性。
10、進一步地，所述防水織物選自以下材料中的一種或多種：tpu膜復合織物、eptfe膜復合織物、pu膜復合織物、pu涂層織物、硅膠涂層織物、丙烯酸涂層織物、pvc涂層織物或防水無紡布復合材料。
11、進一步地，所述制備方法滿足以下一個或多個條件：
12、（1）所述mxene分散液的配制包括：將mxene加入水中，采用超聲分散混勻，得到mxene分散液；所述mxene分散液的濃度為1～20?mg/ml；超聲分散時間為10～60?min。
13、進一步地，所述mxene為二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物材料，通式為mn+1xntx，所述mxene選自ti3c2tx、ti2ctx、nb2ctx、v2ctx、mo2ctx、ta4c3tx中的一種或多種。
14、（2）所述羧甲基纖維素鈉溶液的配制包括：將羧甲基纖維素鈉加入水中攪拌溶解，得到羧甲基纖維素鈉溶液；所述羧甲基纖維素鈉溶液的濃度為5～30?mg/ml；并可在40～80℃條件下攪拌0.5～3?h以促進溶解。
15、（3）所述硝酸銀溶液的配制包括：將硝酸銀加入水中超聲混勻，得到硝酸銀溶液；所述硝酸銀溶液的濃度為20～150?mg/ml；超聲混勻時間為5～30?min。
16、（4）以mg/ml計，所述mxene分散液、羧甲基纖維素鈉溶液與硝酸銀溶液的質量濃度比為1:(1.25～3.0):(10～20)。
17、（5）所述織物基底為滌綸織物、滌棉織物中的一種或多種；所述織物基底的長度為1?cm～10?cm、寬度為1?cm～10?cm。
18、（6）在mxene浸漬與干燥過程中，浸漬時間為0.5～6?h，干燥溫度為30～60?℃；在羧甲基纖維素鈉浸漬過程中，浸漬時間為0.5～6?h；在硝酸銀浸漬并室溫成膠過程中，浸漬時間為5～60?min，成膠時間為0.5～6?h；液氮冷凍時間為12～72?h；冷凍干燥為使用冷凍干燥機在-50?℃至-10?℃的溫度條件下冷凍干燥6～24?h。
19、（7）用于器件組裝時，將所述氣凝膠改性織物裁剪為長度1?cm～5?cm、寬度1?cm～5?cm的織物片；將第一電極與第二電極分別連接于所述裁剪后的織物片的兩側。所述第一電極與所述第二電極均為導電電極，所述導電電極為銅片、金屬箔、不銹鋼電極、碳布電極或惰性金屬電極中的一種或多種。
20、本發明還提供一種基于上述制備方法得到的水伏發電機，所述水伏發電機包括氣凝膠改性織物、第一電極與第二電極，所述第一電極與第二電極分別連接于所述氣凝膠改性織物的兩側；在一些實施方式中，還包括封裝于水伏發電機上下表面的防水織物。所述氣凝膠改性織物為在織物纖維表面協同構筑的mxene導電網絡與羧甲基纖維素鈉基氣凝膠三維連通骨架結構。
21、本發明還提供所述水伏發電機的應用：所述水伏發電機用于可穿戴與柔性電子供能，或用于對電解質濃度變化的監測與指示。
22、本發明還提供一種封裝水伏發電機，封裝水伏發電機是在制備得到所述水伏發電機后，可采用防水織物對其上下表面進行封裝得到的。
23、與現有技術相比，本發明至少具有如下優點及有益效果：
24、（1）本發明通過在織物纖維表面協同構筑mxene導電網絡與羧甲基纖維素鈉基氣凝膠三維連通骨架結構，使改性織物形成穩定的復合界面與連續離子傳輸通道，從而提高界面離子傳輸穩定性并提升電輸出能力。
25、（2）本發明制得的基于氣凝膠改性織物的水伏發電機在液態水及含鹽水體系下均能夠產生穩定電輸出；進一步采用防水織物封裝后，器件仍可保持持續工作能力，有利于提升實際使用過程中的穩定性與可靠性。
26、（3）本發明所形成的氣凝膠三維連通結構能夠跨越纖維間隙并對織物起到增強作用，從而改善改性織物的力學穩定性與服役耐受性，提升彎折等工況下的結構穩定性。
27、（4）本發明器件（基于氣凝膠改性織物的水伏發電機、封裝水伏發電機）具有良好的可擴展性，可通過串聯或并聯方式實現輸出的擴展，從而適配不同電壓或電流需求，并可用于低功耗電子器件的供能場景。
28、（5）本發明器件（基于氣凝膠改性織物的水伏發電機、封裝水伏發電機）對電解質濃度變化具有電信號響應，可用于電解質濃度變化（鹽度變化）的監測與指示，拓展了器件在可穿戴與柔性電子應用中的功能性。