深大陈光明/梁丽荣课题组 Nano Energy :可调面内/面外结构的高性能柔性热电发电机
2024-01-23 来源:高分子科技
近年来,基于有机/无机复合热电材料的柔性器件和热电发电器(TEG)引起了研究者的极大兴趣。但是,如何合理设计高性能器件的结构并实现高输出性能,以适应于多种应用场景,仍然面临巨大挑战。近期,深圳大学陈光明特聘教授课题组通过简便的溶液混合-真空过滤-序列溶剂后处理过程,制备了PEDOT:PSS/SWCNT复合热电材料的柔性薄膜,研究了热电腿的几何参数对TEG输出性能的影响,通过以“背靠背”模式组装了具有可调面内/面外结构的柔性TEG。然后,以收集烧杯中热水、人体或热板中面内和面外温度梯度的热量为应用场景,有效地实现了热-电能转换。该工作以“High-performance flexible thermoelectric generators with tunable in-plane and out-of-plane architectures”为题近期发表在《Nano Energy》上。研究结果为构建薄膜基高性能TEG提供了重要参考。
图1 薄膜基元(热电腿)的几何参数对TEG输出性能的影响。(a)由PEDOT:PSS/SWCNT复合材料膜组成的平面内TEG;(b-d)有限元分析
图2 柔性TEG的输出性能。(a)不同结构的TEG-5pn和TEG-10pn的开路电压随温差的变化;(b)面外结构TEG-10pn在不同温差下的实时开路电压响应,内置小图是开路电压对温差的依赖关系;(c)跨面TEG-10pn多次弯曲循环后的开路电压变化稳定性;(d)跨面TEG-10pn在多次压缩循环下的开路电压变化;ΔT = 70K时,制备的TEG的(e)输出电压和(f)输出功率随电流的变化关系;(g)ΔT = 70K时,不同TEG的输出性能比较;(h,i)不同温差下,不同结构的TEG的功率密度
图3 柔性TEG的结构设计。(a)可调面内/面外结构柔性发电机示意图;(b)可收集垂直地平面方向温度梯度的面外结构TEG;(c)可收集地平面水平方向温度梯度的面内结构TEG
图4 TEG的多种应用场景
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109007
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(责任编辑:xu)
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