新成果推動離子熱電實用化進程

離子熱電轉換是以離子為載流子實現熱能與電能直接轉換的一種能量轉換形式，其具有毫伏級塞貝克系數、良好延展性和低成本等優勢。離子熱電的巨塞貝克效應為開發高性能熱電器件開辟了全新途徑，在星際探測、自發（供）電系統等航天領域及智能穿戴、柔性電子、芯片等關鍵技術領域具有廣闊的應用前景。

然而，基于離子熱擴散機制的熱電轉換中，離子只能在電極處聚集而無法穿過電極界面，導致離子熱電轉換在恒定溫差下無法對外循環連續供電，極大地限制了離子熱電的實際應用。

針對上述問題，華北電力大學能源動力與機械工程學院副教授赤騁、教授杜小澤與清華大學和香港科技大學科研人員合作，歷時近兩年，最終在離子熱電領域取得新突破，聯合報道了一種基于電極可逆調控離子熱電材料P/N型的離子熱電發電器件，該器件可在恒定溫差下循環連續發電，具有原創性。

在研究中，科研人員發現固態離子熱電復合材料（PVDF-HFP/NaTFSI/PC，PNP）在采用金屬（銅、金和鉑）作為測試電極時展示出P型（塞貝克系數為+20 mV/K），采用碳納米管電極（單壁、多壁和陣列碳管）時表現為N型（塞貝克系數為-10.2 mV/K），并通過切換電極實現可逆調控。

基于此，研究人員設計了一種新型可循環連續發電的離子熱電發電器件。該發電器件始終與熱源接觸且維持恒定溫差，僅通過切換碳管電極和銅電極，使熱電器件交替呈現P型和N型，從而實現陰/陽離子交替主導熱擴散過程，在恒定溫差下連續產生電量，并具有高穩定性和循環特性。

據介紹，相比于傳統離子熱電需要不斷開啟/關閉熱源的發電模式，該研究提出的新離子熱電模式不僅無需改變發電器件與熱源之間的熱接觸，并且可以在穩定熱源下循環發電，極大的推動了離子熱電的實用化進程。