研究揭示氧化还原电极对离子热电池的调控机制

电子热电（e-TE）和离子热电（i-TE）材料都已被探索为固态热电发电机的候选材料。与e-TE系统不同，i-TE系统使用阳离子和阴离子作为电荷载体，并由热扩散效应或热电流效应驱动，这使得它们具有比室温下常规半导体材料高几个数量级的热电功率或离子塞贝克系数。

为了增强i-TE超级电容器的能量存储，省科学院化工所曾炜研究员团队开展了i-TE器件中电极材料和结构对活性比表面积的影响及其机理研究，通过将普鲁士蓝电沉积到石墨电极上来制备普鲁士蓝石墨（PB-G）电极片，以丙烯酰胺和丙烯酸钾为交联网络，通过光聚合法制备水凝胶，以H2SO4作为离子导体，组装成夹层结构的PB-G 热电器件。结果显示，在ΔT为20K时，能量密度达到了23.12 J m-2，比原始石墨电极的能量密度大了近53倍；在ΔT为30K时，短路电流密度和最大功率密分别是石墨电极热电器件的 3.17 倍和 14.71 倍。

图一 (a)石墨电极TE器件和(b) PB-G TE器件在∆T分别为5K、10K、20K、30 K时的输出电压曲线图以及(c)对应的热功率。(d)石墨电极TE器件和(e) PB-G TE器件在∆T分别为10、20和30 K时的输出电压-电流密度（功率密度）曲线。(f) PB-G TE器件在∆T分别为10，20和30 K时的EIS曲线。

该研究工作为提高热电器件的输出功率提供了一种新的解决方案，为低热能采集在可调谐离子热电器件中的应用带来了新的前景。研究成果近期发表在Surfaces and Interfaces上，第一作者为广东省科学院和仲恺农业工程学院联合培养硕士研究生肖广连，曾炜研究员和黄雪副教授为共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金面上项目（52073066）、中国科学院科技发展项目（NO. 52073066）、广东省科学院基金项目（2020GDASYL-20200102028、2020GDASYL-20200503001-06)的资助。

文章连接：http://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103564

供稿：柔性传感技术研究中心/郭欣颖

初步审稿：刘婉玉

校稿：李晓芝

审定发布：文武