研究揭示氧化還原電極對離子熱電池的調控機制

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電子熱電（e-TE）和離子熱電（i-TE）材料都已被探索為固態(tài)熱電發(fā)電機的候選材料。與e-TE系統不同，i-TE系統使用陽(yáng)離子和陰離子作為電荷載體，并由熱擴散效應或熱電流效應驅動(dòng)，這使得它們具有比室溫下常規半導體材料高幾個(gè)數量級的熱電功率或離子塞貝克系數。

為了增強i-TE超級電容器的能量存儲，省科學(xué)院化工所曾煒研究員團隊開(kāi)展了i-TE器件中電極材料和結構對活性比表面積的影響及其機理研究，通過(guò)將普魯士藍電沉積到石墨電極上來(lái)制備普魯士藍石墨（PB-G）電極片，以丙烯酰胺和丙烯酸鉀為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)光聚合法制備水凝膠，以H2SO4作為離子導體，組裝成夾層結構的PB-G 熱電器件。結果顯示，在ΔT為20K時(shí)，能量密度達到了23.12 J m-2，比原始石墨電極的能量密度大了近53倍；在ΔT為30K時(shí)，短路電流密度和最大功率密分別是石墨電極熱電器件的 3.17 倍和 14.71 倍。

圖一 (a)石墨電極TE器件和(b) PB-G TE器件在?T分別為5K、10K、20K、30 K時(shí)的輸出電壓曲線(xiàn)圖以及(c)對應的熱功率。(d)石墨電極TE器件和(e) PB-G TE器件在?T分別為10、20和30 K時(shí)的輸出電壓-電流密度（功率密度）曲線(xiàn)。(f) PB-G TE器件在?T分別為10，20和30 K時(shí)的EIS曲線(xiàn)。

該研究工作為提高熱電器件的輸出功率提供了一種新的解決方案，為低熱能采集在可調諧離子熱電器件中的應用帶來(lái)了新的前景。研究成果近期發(fā)表在Surfaces and Interfaces上，第一作者為廣東省科學(xué)院和仲愷農業(yè)工程學(xué)院聯(lián)合培養碩士研究生肖廣連，曾煒研究員和黃雪副教授為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（52073066）、中國科學(xué)院科技發(fā)展項目（NO. 52073066）、廣東省科學(xué)院基金項目（2020GDASYL-20200102028、2020GDASYL-20200503001-06)的資助。

文章連接：https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103564

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供稿：柔性傳感技術(shù)研究中心/郭欣穎

初步審稿：劉婉玉

校稿：李曉芝

審定發(fā)布：文武

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