《CCS Chemistry》稳健能量输入和自救的高拉伸水凝胶热电发电机
【择要】
因为直接从废热中网络电能，热电发电机 (TEG) 在柔性和可穿着电子产物方面体现出庞大的潜力。精良的耐磨性必要较高的机器柔韧性和较好的拉伸性，而现在的 TEG 重要由刚性或不行拉伸的组件开辟，不克不及很好地贴合人体皮肤或顺应人体活动，从而拦阻了进一步的应用。
在此，国度纳米科学中间王汉夫副研究员、深圳大学陈灼烁特聘传授团队提出了一种用于制造可拉伸 TEG 的波状布局，此中采纳可拉伸和自修复的水凝胶作为器件基底，并附着素质上柔韧的高性能 TE 薄膜以形成波状形态。波状布局的 TEG 可以很简单地拉伸到 300%，同时可以维持稳健的能量输出，保存 90% 以上的 TE 性能，优于大多数报道的开始进的 TE 质料和 TEG。它还展示了一种抱负的设置装备摆设级自救本领，源于水凝胶的有用自我修复和 TE 腿的海浪布局，从而在受伤或破坏时提供连续的能量提供。这项事情为设计下一代可拉伸和可穿着 TEG 提供了一种很有远景的要领。相干论文以题为AWavy-Structured Highly Stretchable Thermoelectric Generator with Stable EnergyOutput and Self-Rescuing Capability颁发在《CCSChemistry》上。
【主图导读】
图 1 (a)水凝胶布局表示图。(b)自愈性子表示图水凝胶通过多个动态氢键。(c) 表现水凝胶制造历程的表示图。
图 2 (a,b)差别放大倍数下水凝胶的 SEM 图像。(c) 水凝胶的 FTIR 光谱。(d)水凝胶的应力-应变曲线。插图表现其高拉伸性。(e) 表现水凝胶自修复功效的照片。表示图展现了基于多重动态氢键的自愈机制。(f) 照片表现愈合后的水凝胶在伤口处具有强联合能。
图 3(a) 原始 p 型 CNTP 的 SEM 图像。(b) n 型PEI-CNTP 的 SEM 图像。(c) 原始 CNTP 和 PEI-CNTP 的拉曼光谱。(d) 原始 CNTP 和PEI-CNTP 的 XPS 全谱。(e) PEI-CNTP 的 XPS N1s 谱。(f) 原始CNTP 和 PEI-CNTP 的 XPS C1s 光谱。(g) 原始 CNTP 和PEI-CNTP 的应力-应变曲线。(h) 原始 CNTP 和 PEI CNTP 的机器性能。(i) 表现原始 CNTP (1, 2) 和 PEI-CNTP (3, 4) 薄膜的高柔韧性的照片。
图 4 (a) p 型CNTP 和 n 型 PEI-CNTP 薄膜的热电性能。(b) n 型 PEI-CNTP 薄膜的氛围稳健性。(c) 作为温度函数的 p 型 CNTP膜的热电性能。(d) 作为温度函数的 n 型 PEI-CNTP 膜的热电性能。
图 5 (a) 波形布局可拉伸 TEG 的设计道理表示图。(b) 由种种 p-n 对构成的 TEG 的开路电压作为温差的函数的比力。(c) 由 1 个 pn 耦合构成的 TEG 在 10 K 温差下具有多个拉伸轮回的输出电压改变。(d) 由 3 个 pn 耦合构成的 TEG 的输出电压和输出功率作为输出电流的函数15 K 的温差。(e) 15 K 温差下由 3 个 pn对构成的 TEG 在差别拉伸比下的输出电压改变。(f) 由 3 个 pn 对构成的 TEG 在差别拉伸下的输出功率改变在 15 K 温差下的比率。(g) 在15 K 温差下自救前后由 3 个 pn 对构成的 TEG 的能量输出。(h) 表示图表现了 TEG 的自救机制。(i) 拉伸性和TE 性能连结率与文献报道的 TE 质料和 TEG 的比力。
【总结】
该团队通过微波状布局的公道设计，提出了一种具有稳健能量输出和自救本领的高度可拉伸的 TEG。该器件架构采纳可拉伸和自修复的 PAA 水凝胶作为基材，并采纳素质上柔韧但不行拉伸的 CNTP 和 PEI-CNTP 薄膜作为 TE 腿。受益于海浪形布局，制成的 TEG 很好地承继了高拉伸性，并在种种应变下体现出稳健的能量输出。它可以在 300% 的大拉伸下很好地维持其初始能量输出的 90% 以上，这优于大多数开始进的可拉伸 TE 质料和 TEG。除了具有高拉伸性和稳健的 TE 性能外，TEG 还可以通过水凝胶电解质的自修复和波状TE的重新附着和重新毗连实现高效的设置装备摆设级自救，从而孕育发生长期的受到机器损害或破坏时，能源提供不会显现妨碍。大应变下的稳健能量输出和自救本领都是柔性和可穿着电子产物的抱负特性，评释 TEG 在可穿着应用中具有庞大潜力。
参考文献：
doi.org/10.31635/ccschem.021.202101077
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