传统热电发电机（ITEG）是利用半导体材料的塞贝克效应实现热量的回收，但存在着低温效率较低、持续时间短、电压衰减快、制造工艺复杂等问题。而基于离子型热电材料的热电发电机由于具有高功率密度和易扩展性，受到广泛关注。
近日，广东省科学院化工研究所科研团队与广东工业大学合作，通过紫外辐射法制备了一种半互穿网络结构（IPN）的P(AA-AM)/CMC准固态凝胶，在酸性及室温条件下得到具有温敏性体积相变的P(AA-AM)/CMC/H2SO4离子凝胶电解质。并通过制备PANI修饰的碳纤维布（CWF）电极，组装成“三明治”结构的PANI@CWF电极，在ΔT为20 K时，能量密度达到了惊人的570 J m-2，比原始水凝胶的能量密度大了近26倍，Pmax/ΔT2值从0.63 mW m-2 K-2提高到11. 31 mW m-2 K-2，实现了数量级的提升，驱动LED灯1个小时以上。
图1 P(AA-AM)/CMC/H2SO4水凝胶热电材料制备过程、性能测试及应用
图2热电器件性能表征及对比
研究人员通过H+的热扩散效应和PANI在电极上氧化还原反应的协同作用实现了能量密度和功率密度的巨大提升，是利用PANI在温度梯度下的冷热两端发生了氧化还原反应，由于电子不能通过凝胶电解质传输，只能在外电路中转移来实现热电性能数量级的变化，同时通过使用有机酸（柠檬酸）和无机酸（盐酸）替换硫酸验证了该协同作用的通用性和普适性。同时，通过在热电转换器件中采用氧化还原电极可获得高持续电流极高的能源转换效率，证明了研究方案的可行性，这将进一步为该类ITEG的商用化提供新的途径。
相关研究成果近日在国际著名学术期刊Advance Energy Materials（材料科学，中科院一区，IF =29.698）上发表。省科学院化工研究所曾炜研究员和广东工业大学朱东雨副教授为共同通讯作者，省科学院化工研究所和广东工业大学联合培养研究生蒋开祥为第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金、广州市基础与应用基础研究等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202204357
科学院报道链接：http://www.gdas.gd.cn/mtsm/202305/t20230508_741328.html
中国科学报报道链接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/5/500042.shtm
(柔性传感技术研究中心)
