《Small》哈利法科学技术大学：MXene/PVA水凝胶连续离子热电发电器和应变温度传感器

第一作者：Dezhuang Ji

通讯作者：Lianxi Zheng

通讯单位：哈利法科学技术大学

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202407529

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i-TE系统原理：基于MXene/PVA水凝胶，利用Cu²⁺和Cl⁻离子的热扩散以及Cu/Cu²⁺的氧还原反应，在电极界面产生离子热电效应（i-TE）。

热电性能调节：通过调整MXene（Ti₃C₂Tx）材料的离子扩散性，热电势可调节至−3.13 mVK⁻¹。

快速响应时间：i-TE系统的响应时间小于100秒，优于其他聚电解质系统。

持续电流输出：配备铜电极时，i-TE系统实现了持续电流输出，并能在1 kΩ到1 MΩ的电阻范围内保持稳定的长期输出。

模块化设计：三串联的i-TE模块在6°C温差下输出26 mV，验证了阵列化应用的可行性。

多功能应用：除了能量收集，MXene/PVA水凝胶还可以作为应变/温度传感器，利用压阻效应检测应变，利用离子热电效应定位手指接触点。

研究背景

在现代社会，能源具有至关重要的意义，特别是可持续和清洁能源的需求日益增加。热电效应（TE效应）作为一种固态现象，可以将热能转化为电能，为利用低品位热能提供了可行的解决方案，纳米技术的进步为该领域注入了新的活力。特别地，IV-VI族化合物SnSe已成为关键材料，表现出良好的热电性能。为提高其能量采集效率，采用了多种创新策略，如利用3D电荷和2D声子方法、带隙调控、多带隙对准、声子-电子解耦和晶格平面化等。此外，高性能热电材料PbTe也被广泛研究，作为探索热电行为中量子效应的基准材料。尽管这些材料具有较高的热电效率，但SnSe和PbTe在接近室温时的电导率较低，主要是由于其相对较大的带隙。这一特性限制了它们在较低温度下捕捉热能的应用，而在这些温度下，通常会有大量废热。虽然像Ag2Se和Bi2Te3等窄带隙半导体材料在低温下展现了有希望的热电性能，但它们的塞贝克系数仍然未达到高效将热能转化为电能所需的理想水平。

图文信息

来源：学在热电