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研究揭示離子型熱電發電機具有大輸出功率密度和高能量密度

發布時間：2023年04月26日

傳統熱電發電機（ITEG）是利用半導體材料的塞貝克效應實現熱量的回收，但存在著低溫效率較低、持續時間短、電壓衰減快、制造工藝復雜等問題。而基于離子型熱電材料的熱電發電機由于具有高功率密度和易擴展性，受到廣泛關注。

近日，廣東省科學院化工研究所科研團隊與廣東工業大學合作，通過紫外輻射法制備了一種半互穿網絡結構（IPN）的P(AA-AM)/CMC準固態凝膠，在酸性及室溫條件下得到具有溫敏性體積相變的P(AA-AM)/CMC/H2SO4離子凝膠電解質。并通過制備PANI修飾的碳纖維布（CWF）電極，組裝成“三明治”結構的PANI@CWF電極，在ΔT為20 K時，能量密度達到了驚人的570 J m-2，比原始水凝膠的能量密度大了近26倍，Pmax/ΔT2值從0.63 mW m-2 K-2提高到11. 31 mW m-2 K-2，實現了數量級的提升，驅動LED燈1個小時以上。

圖1 P(AA-AM)/CMC/H2SO4水凝膠熱電材料制備過程、性能測試及應用

圖2熱電器件性能表征及對比

研究人員通過H+的熱擴散效應和PANI在電極上氧化還原反應的協同作用實現了能量密度和功率密度的巨大提升，是利用PANI在溫度梯度下的冷熱兩端發生了氧化還原反應，由于電子不能通過凝膠電解質傳輸，只能在外電路中轉移來實現熱電性能數量級的變化，同時通過使用有機酸（檸檬酸）和無機酸（鹽酸）替換硫酸驗證了該協同作用的通用性和普適性。同時，通過在熱電轉換器件中采用氧化還原電極可獲得高持續電流及高的能源轉換效率，證明了研究方案的可行性，這將進一步為該類ITEG的商用化提供新的途徑。

相關研究成果近日在國際著名學術期刊Advance Energy Materials（材料科學，中科院一區，IF =29.698）上發表。省科學院化工研究所曾煒研究員和廣東工業大學朱東雨副教授為共同通訊作者，省科學院化工研究所和廣東工業大學聯合培養研究生蔣開祥為第一作者。研究工作得到國家自然科學基金、廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金、廣州市基礎與應用基礎研究等項目資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202204357

科學院報道鏈接：http://www.gdas.gd.cn/mtsm/202305/t20230508_741328.html

中國科學報報道鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/5/500042.shtm

(柔性傳感技術研究中心)

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