具有高塞贝克系数的柔性离子凝胶学术资讯

来源：X一MOL资讯

现代能源工业及电子计算行业产生了大量的废热直接耗散在周围的环境里，造成了大量的能源浪费。因此。收集并利用废热对建立可持续发展的绿色社会具有重要的意义。其中，热电材料具有结构简单，易于器件制造等优点。通常，高电导率、高塞贝克系数以及低热导率传统是对其材料性能的基本要求。传统电子热电材料的塞贝克系数依靠电子传输，最高只有几百μV/K。为了达到应用级别的电压，成百上千的热电单位需要串联在一起，大大增加了器件制备成本。

此外，塞贝克系数与载流子浓度往往负相关，提高塞贝克系数不可避免地会降低电导率。相较传统的电子热电材料，离子导体通过离子在温度梯度下的热泳，可以有mV/K量级的塞贝克系数。但离子导体的电导率通常远小于电子导体。因此，发展提高离子塞贝克系数和离子电导率的有效方法成了现在研究的重点。

目前，新加坡国立大学欧阳建勇团队成功地利用离子液体和各类聚合物制备了半固态柔性离子液体凝胶。通过调控离子液体与聚合物的比例，离子液体凝胶可以有高达26 mV/K的离子塞贝克系数。这是迄今在电子型和离子型热电材料里观察到的最高的塞贝克系数。由于对应的离子电导率为6.7 mS/cm，以及材料自身的低热导率0.176 W/(mK)，这种离子液体凝胶的ZT可达到0.75，已经优于绝大多数的有机电子热电材料。

该团队还发现离子由于离子导电介质组分浓度的增加，液体凝胶的电导率随着离子液体含量的上升而增加，而离子塞贝克系数随离子液体含量先减小后增加。这实现在一定离子浓度区间内，同时提高电导率和塞贝克系数。离子液体以及离子凝胶中网状结构聚合物的类型对于离子塞贝克系数有着显著的影响。通常，凝胶中聚合物的官能极性越大，塞贝克系数越高。

此外，该离子凝胶还能通过四步热循环过程以电容充放电的形式将热能有效地转换成电能。用传统热电材料相似，其转换效率可以表示为由塞贝克系数，电导率和热导率组合成的优值。

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