近日，力學(xué)與安全工程學(xué)院王珂教授、宋東興研究員課題組在離子熱電運(yùn)行模式和連續(xù)發(fā)電研究中取得重要進(jìn)展。離子熱電材料塞貝克系數(shù)可達(dá)電子熱電材料的100倍以上，在低成本、柔性化、自修復(fù)、易加工等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，為微電子器件自供能、高靈敏傳感應(yīng)用和熱電效率提升開辟了全新途徑。

由于離子不能直接進(jìn)入外電路，只能聚集在電極處，通過電容器模式間歇性地輸出電能，嚴(yán)重降低了離子熱電效率和實(shí)用性。研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)張興教授、馬維剛副教授課題組合作，開發(fā)了離子熱電傳送帶運(yùn)行模式，以熱驅(qū)動(dòng)離子拖曳電子形成持續(xù)電子電流，克服了電容器模式對(duì)離子累積和熱源交換的依賴，實(shí)現(xiàn)了恒定溫差下的連續(xù)發(fā)電。多模塊串聯(lián)器件測試表明，傳送帶模式具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，發(fā)電功率和效率比電容器模式有數(shù)量級(jí)的提升。其揭示了陽離子吸附于電子導(dǎo)體表面并與電子“綁定”的微觀機(jī)制，直觀展示了離子遷移過程中電子的伴隨移動(dòng)，推導(dǎo)獲得了傳送帶模式的功率因子和熱電優(yōu)值系數(shù)表達(dá)式，為性能的進(jìn)一步提升指明了方向。

相關(guān)成果以“傳送帶模式實(shí)現(xiàn)連續(xù)的離子熱電轉(zhuǎn)換”（Conveyor mode enabling continuous ionic thermoelectric conversion）為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《焦耳》上。力學(xué)院宋東興研究員和清華大學(xué)博士生趙春雨為文章的共同第一作者，清華大學(xué)航院馬維剛副教授為該文章的通訊作者，合作者包括力學(xué)院王珂教授、清華大學(xué)張興教授等，鄭州大學(xué)為第一完成單位。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家博新計(jì)劃和博士后基金等項(xiàng)目的資助。

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https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(24)00357-X

離子熱電傳送帶模式原理與串聯(lián)器件連續(xù)發(fā)電演示