东华大学武培怡教授Joule：突破限制！第一代可拉伸和坚韧的准固态热电池！

原创前沿君材料科学前沿

与许多需要定期充电的电源（包括电容器、太阳能电池和锂电池）相比，半导体热电发电机和热电池在通过不断收集低品位热能来提供可持续电力方面具有优势。然而，无机半导体热电发生器在可穿戴电子系统中的应用受到其潜在毒性、机械脆性和合成困难的阻碍。尽管一些有机半导体通过分子工程实现了固有的柔性和可拉伸性，但它们的热电效率受到约0.1 mV K^-1的微小塞贝克系数的限制。另一方面，受益于生态友好特性、可塑形液态电解质和高于1 mV K^-1的相对较高的热功率（塞贝克系数），液态热电池是物联网（IoT）时代可持续和机械适应性电源的有希望候选者。特别是，最近对准固态热电池的研究通过引入物理交联网络消除了液态电解质的泄漏风险。

然而，最先进的准固态热电池面临着机械性能差和输出功率密度低的挑战。因此，准固态热电池需要对交联网络进行合理设计，不仅应确保可拉伸性以适应动态界面和机械韧性以保持物理完整性，而且应允许高浓度电解质优化电导率并提高功率密度。

鉴于此，受生物组织中拓扑纠缠多网络的启发，东华大学武培怡教授团队开发了双化学交联网络，以解决当前准固态热电池中的机械和热电挑战。第一个溶胀增强的聚电解质网络不仅与氧化还原离子对相互作用，增大了热功率，而且拉伸了卷曲链，为基体提供了强有力的支撑。第二个柔性网络与第一个网络具有协同效应，用于能量耗散以增强其机械性能。此外，强大的双网络能够加载高浓度电解质并将离子电导率提高一个数量级。据作者所知，这是第一代可拉伸和坚韧的准固态热电池。这项工作突破了机械限制，优化了热电池的热电性能，对多种柔性、可靠的电源的结构和功能设计也有一定的启发作用。