离子热电转换是以离子为载流子实现热能与电能直接转换的一种能量转换形式，其具有毫伏级塞贝克系数、良好延展性和低成本等优势。离子热电的巨塞贝克效应为开发高性能热电器件开辟了全新途径，在星际探测、自发（供）电系统等航天领域及智能穿戴、柔性电子、芯片等关键技术领域具有广阔的应用前景。
然而，基于离子热扩散机制的热电转换中，离子只能在电极处聚集而无法穿过电极界面，导致离子热电转换在恒定温差下无法对外循环连续供电，极大地限制了离子热电的实际应用。
针对上述问题，华北电力大学能源动力与机械工程学院副教授赤骋、教授杜小泽与清华大学和香港科技大学科研人员合作，历时近两年，最终在离子热电领域取得新突破，联合报道了一种基于电极可逆调控离子热电材料P/N型的离子热电发电器件，该器件可在恒定温差下循环连续发电，具有原创性。
在研究中，科研人员发现固态离子热电复合材料（PVDF-HFP/NaTFSI/PC，PNP）在采用金属（铜、金和铂）作为测试电极时展示出P型（塞贝克系数为+20 mV/K），采用碳纳米管电极（单壁、多壁和阵列碳管）时表现为N型（塞贝克系数为-10.2 mV/K），并通过切换电极实现可逆调控。
基于此，研究人员设计了一种新型可循环连续发电的离子热电发电器件。该发电器件始终与热源接触且维持恒定温差，仅通过切换碳管电极和铜电极，使热电器件交替呈现P型和N型，从而实现阴/阳离子交替主导热扩散过程，在恒定温差下连续产生电量，并具有高稳定性和循环特性。
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（a）双性P/N型测试结构示意图、（b）采用碳管电极和铜电极测试数据图、（c）P型和N型塞贝克系数数值对比图、（d）可循环离子热电发电器件工作原理示意图、（e）发电过程中离子分布图、（f）可循环离子热电发电器件实物图、（g）发电器件在恒定温差下工作数据图。华北电力大学供图
据介绍，相比于传统离子热电需要不断开启/关闭热源的发电模式，该研究提出的新离子热电模式不仅无需改变发电器件与热源之间的热接触，并且可以在稳定热源下循环发电，极大的推动了离子热电的实用化进程。
相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36018-w
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