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太原理工張虎林教授團隊 Nano Energy: 利用二元溶劑策略收集太陽能的透明可拉伸PVA/Gelatin熱電偶水凝膠電解質

2022-06-10 來源：高分子科技

水熱電池是一種環境友好的電源，能夠將低級熱能轉化為電能，無需電池能夠為各種應用場景中的小型電子設備提供動力。然而，其較差的可移植性、透明度、機械脆弱性和低輸出性能給其廣泛應用帶來了負擔。

圖1 雙網絡熱電偶凝膠的設計

近期，太原理工大學信息與計算機學院張虎林教授團隊合成的熱電偶凝膠在DMSO/水二元溶劑中形成了顯著的微晶區域和PVA/Gelatin的良好雙網交聯結構，非常適合獲得極好的透明度（>95%）和強拉伸性能(>0.65MPa) (圖1)。此外，還實現了準固態熱電偶的高功率密度，并展示了基于PG凝膠和PDMS太陽吸收窗的總體設計。在600 W m^-2的模擬太陽光密度下，觀察到0.1 V的恒定開路電壓。這種集成的可回收熱電偶和可變形組件可能為聯合生產低檔熱能收集和電力開辟新途徑，為廣泛使用的廢熱和綠色能源做好準備。該工作以“Transparent stretchable thermogalvanic PVA/gelatin hydrogel electrolyte for harnessing solar energy enabled by a binary solvent strategy”為題發表在《Nano Energy》上（Nano Energy 2022,100, 107449）。文章第一作者是太原理工大學碩士研究生白晨輝。該研究得到山西省自然科學基金面上項目和山西省留學回國人員資助項目的支持。

圖2 熱電偶的熱電特性

在含有Na⁺、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺、H₂O和DMSO以及PVA/明膠的雙網絡結構的復雜系統中，熱電勢部分貢獻的示意圖（圖2a）；不同溫度下，Fe³⁺/Fe²⁺濃度為0.02 M的有機水凝膠熱電池的電流-電壓曲線和相應的功率密度曲線。一端的溫度固定在T=293 K，ΔT=T_h-T_c（圖2b,c）；T_c=293 K和T_h=303 K時，反復按壓PG凝膠的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍色）曲線（圖2d）；T_c=293 K和T_h=303 K時，PG凝膠反復彎曲的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍色）曲線（圖2e）;T_c=293 K和T_h=303 K時，PG凝膠被拉伸的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍色）曲線（圖2f）。

圖3太陽能收集利用方式

基于PG凝膠的熱能收集窗口全景圖（圖3a）; 多孔PDMS海綿的光吸收示意圖（圖3b）;凝膠兩端的輸出電流（紅色）、輸出電壓（藍色）和溫差（黑色）（圖3c）;光密度為1 kW m^-2的PG凝膠器件在1 min和10 min光照下的溫度分布（圖3d）; 實際窗口模型的工作開路電壓, 在室外太陽輻照度約600 W m^-2的條件下獲得100 mV的電壓（圖3e）; 一天之內輸出電壓隨光照強度的變化,用于自驅動太陽光強度監測。插圖：光強檢測系統和設備的物理照片（圖3f）。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107449

下載：Transparent stretchable thermogalvanic PVA/gelatin hydrogel electrolyte for harnessing solar energy enabled by a binary solvent strategy

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（責任編輯：xu）

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