熱離子能量轉(zhuǎn)換是通過熱離子電子發(fā)射從熱量中直接產(chǎn)生電能。即離子熱電轉(zhuǎn)換。電極表面特性決定了電極表面的電子發(fā)射電流和電勢的大小，而等離子體特性決定了電子電流從發(fā)射極到集電極的傳輸。離子熱電轉(zhuǎn)換具有毫伏級塞貝克系數(shù)、良好延展性和低成本等優(yōu)勢。離子熱電的巨塞貝克效應(yīng)為開發(fā)高性能熱電器件開辟了全新途徑，在星際探測、自發(fā)(供)電系統(tǒng)等航天領(lǐng)域及智能穿戴、柔性電子、芯片等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
然而，基于離子熱擴(kuò)散機(jī)制的熱電轉(zhuǎn)換中，離子只能在電極處聚集而無法穿過電極界面，導(dǎo)致離子熱電轉(zhuǎn)換在恒定溫差下無法對外循環(huán)連續(xù)供電，極大地限制了離子熱電的實(shí)際應(yīng)用。
針對上述問題，華北電力大學(xué)能源動力與機(jī)械工程學(xué)院副教授赤騁、教授杜小澤與清華大學(xué)和香港科技大學(xué)科研人員合作，歷時(shí)近兩年，最終在離子熱電領(lǐng)域取得新突破，聯(lián)合報(bào)道了一種基于電極可逆調(diào)控離子熱電材料P/N型的離子熱電發(fā)電器件，該器件可在恒定溫差下循環(huán)連續(xù)發(fā)電，具有原創(chuàng)性。
研究人員設(shè)計(jì)了一種新型可循環(huán)連續(xù)發(fā)電的離子熱電發(fā)電器件。該發(fā)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(xiàn)P型和N型，從而實(shí)現(xiàn)陰/陽離子交替主導(dǎo)熱擴(kuò)散過程，在恒定溫差下連續(xù)產(chǎn)生電量，并具有高穩(wěn)定性和循環(huán)特性。
據(jù)介紹，相比于傳統(tǒng)離子熱電需要不斷開啟/關(guān)閉熱源的發(fā)電模式，該研究提出的新離子熱電模式不僅無需改變發(fā)電器件與熱源之間的熱接觸，并且可以在穩(wěn)定熱源下循環(huán)發(fā)電，極大的推動了離子熱電的實(shí)用化進(jìn)程。
相關(guān)成果Reversible bipolar thermopower of ionic thermoelectric polymer composite for cyclic energy generation于近日發(fā)表在國際期刊《自然 通訊》(nature communications)。
京公網(wǎng)安備11010802046783號
