热电新突破：室温下的能量转换，有机热电设备开启能源新纪元

在能源转换技术领域，一项突破性的进展正在引起关注。九州大学的研究人员成功开发了一种在常温下无需温度梯度即可产生有机热电能量的框架。这意味着，我们周围环境中丰富的室温热量，之前并未被视为可能的能源，现在可以被转换成可用的电能。

传统的热电设备需要温度梯度——设备的一侧热而另一侧冷——才能将热能转换为电能。这些设备在回收其他能源产生方法的废热方面具有潜在的实用性，但由于生产成本高、使用危险材料、能源效率低以及需要相对较高的温度等问题，热电设备的使用仍然受到限制。
领导这项研究的九州大学有机光子学和电子学研究中心（OPERA）的Chihaya Adachi教授解释说：“我们正在研究如何制造一种能够在常温下收集能量的热电设备。我们的实验室专注于有机化合物的实用性和应用，许多有机化合物具有独特的属性，它们可以轻松地在彼此之间传递能量。有机化合物的强大之处可以在OLED或有机太阳能电池中找到。”

关键在于找到作为电荷传输界面表现良好的化合物，这意味着它们可以轻松地在彼此之间传递电子。经过各种材料的测试，团队发现了两种可行的化合物：铜酞菁（CuPc）和铜六氟酞菁（F16CuPc）。
Adachi继续说：“为了提高这种新界面的热电性能，我们还加入了富勒烯和BCP。这些已知是电子传输的良好促进剂。将这些化合物一起添加，显著增强了设备的性能。最终，我们得到了一个优化的设备，它有180纳米的CuPc层，320纳米的F16CuPc，20纳米的富勒烯和20纳米的BCP。”

优化后的设备在室温下无需使用温度梯度，就实现了开路电压384毫伏，短路电流密度1.1微安/平方厘米，最大输出94纳瓦/平方厘米。
Adachi总结说：“热电设备的发展取得了相当大的进步，我们提出的新有机设备肯定会推动事情向前发展。我们希望继续研究这种新设备，并看看我们是否可以用不同的材料进一步优化它。如果我们增加设备的面积，我们甚至可能实现更高的电流密度，这对于有机材料来说也是不寻常的。这表明有机材料拥有惊人的潜力。”
这项创新的有机热电设备为能源收集和转换提供了一个全新的视角。随着技术的不断进步和优化，我们有望在未来看到这种设备在各种应用中的广泛使用，从而提高能源效率并减少浪费。我们邀请您在评论区分享您对这项技术的看法，以及它可能对能源行业和环境带来的影响。
参考资料：DOI： 10.1038/s41467-024-52047-5