从环境中收集能量并转化为电能为物联网(Internet-of-things,loT)传感器提供电能的发展中有重要意义,通过这种供电作用能够使其免于电缆/电池供电,支持了可穿戴设备的发展。热电材料器件中,通过离子作为载流子,通常需要在不同温度中在两个电极之间进行热扩散或还原反应。南方科技大学刘玮书、MIT麻省理工学院陈刚等发展了一种基于明胶(gelatin)的器件,通过碱金属盐和铁基还原对配合,产生了一个非常大的热电转化效果。并且该装置通过身体上发热就能够得到足够的能量。制成的器件中最高的热电能达到17.0mV/K,明胶中的离子传输通过KCl,NaCl,KNO3进行热扩散作用,并通过[Fe(CN)4-/Fe(CN)3-]提升热电效应。作者显示,当通过身体热能作为热源(ΔT~10K)的可穿戴器件中就可以达到2V的热电效应和最高5mW的功率。这种离子型明胶展现出离子能量载体在热电转换中的重要应用前景。
本文要点:
要点1.测试了KCl、KNO3、NaCl在明胶中的热扩散效应变化,结果显示加入0.8MKCl后,明胶的热扩散效应提高为.7mV/K;加入0.3MNaCl的明胶热扩散效应同样提高为.7mV/K;加入0.5~0.8MKNO3后,明胶的热扩散效应提高为3~4mV/K。
随后在加入KCl的明胶中加入FeCN4-/3-,热电性能进一步发生变化,并最高达到12.7mV/K(比例为0.8MKCl-0.42/0.25MFeCN4-/3-)。随后作者对KCl和FeCN4-/3-的协同作用进行研究,作者对不同组分的热电贡献进行总结:明胶贡献了10.2%,FeCN4-/3-贡献了17.9%,K3Fe(CN)和K4Fe(CN)贡献了9.7%,KCl贡献了2.2%。
要点2.可穿戴器件供能测试。该明胶体系能够提供2.2V电压,对于湿度器件(1.~3.V)、压力器件(1.5~3.V)、室内气体传感器(1.8~3.V)等器件能够有效的支持其工作。
Cheng-GongHan,XinQian,QikaiLi,BiaoDeng,YongbinZhu,ZhijiaHan,WenqingZhang,WeichaoWang,Shien-PingFeng,GangChen*,WeishuLiu*.Giantthermopowerofionicgelatinnearroomtemperature,Science
DOI:10./science.aaz