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熱電發電機的候選材料。與e-TE系統不同，i-TE系統使用陽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，這使得它們具有比室溫下常規半導體材料高幾個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，省科學院化工所曾煒研究員團隊開展了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，通過將普魯士藍電沉積到石墨電極上來制備普魯士藍石墨（PB-G）電極片，以丙烯酰胺和丙烯酸鉀為交聯網絡，通過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，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，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時的輸出電壓曲線圖以及(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時的輸出電壓-電流密度（功率密度）曲線。(f) PB-G TE器件在?T分別為10，20和30 K時的EIS曲線。

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了新的前景。研究成果近期發表在Surfaces and Interfaces上，第一作者為廣東省科學院和仲愷農業工程學院聯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基金面上項目（52073066）、中國科學院科技發展項目（NO. 52073066）、廣東省科學院基金項目（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：柔性傳感技術研究中心/郭欣穎

初步審稿：劉婉玉

校稿：李曉芝

審定發布：文武

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