在能源危機和熱污染的背景下，迫切需要轉向可持續和清潔的能源，尤其是綠色能源發電。熱電發電機（TEG）可以在兩側存在溫差時直接将低品質熱能轉化為電能。然而，不良的熱管理會導緻廢熱在TEG的冷側累積，降低發電效率，是以必須在TEG上應用有效的冷卻機制。然而大多數傳統冷卻方法無法同時實作高效率、輕量化元件和低能耗，長期且穩定地提高TEG的性能仍具有挑戰性。
近期，東北大學醫學與生物資訊工程學院田野團隊提出了一種政策，通過利用高吸濕性和粘附性離子凝膠（PIG）的可持續蒸發冷卻來改善熱管理，提高 TEG 的和能。合适的溶脹程度和具有基團互相作用的聚-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氫氧化铵（PDMAPS）鍊可防止氯化锂（LiCl）和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[EMIM][Ac]）洩漏，而碳納米管（CNTs）和MIL-101（Cr）優化了PIG的蒸發冷卻。PIGs具有高吸附率（25 °C，90% RH持續12 小時為252.72%）和穩定的吸附-解吸動力學。同時，PIG在TEG上表現出高粘附力（130.89 N m−1）。PIG的蒸發冷卻增強了TEG上下表面的溫差。在50–80 °C的熱源溫度下，PIG-TEG的電勢增加了三倍，在50 °C下加熱1小時後輸出功率密度穩定在∼706.25 mW m−2。此外，PIG-TEG可以長時間（超過24小時）保持穩定的輸出增強。此外，我們還內建了 PIG-TEG以實作裝置的持久供電，并設計了一款可移動的小車模型，它利用廢熱進行自供電。PIG實作了TEG的熱電輸出增強，并為清潔能源轉換、可穿戴裝置和移動電源提供了思路。
圖1. PIG的制備和表征
圖2. 測定最佳的LiCl溶液濃度
圖3. PIG的吸附和解吸性能
圖4. PIG的粘附性能
圖5. PIG提高TEG熱電性能的原理示意圖
圖6. PIG用于提高TEG熱電性能
圖7. PIG-TEG裝置輸出增強的應用
該研究工作以“Hygroscopic ionogel for enhanced thermoelectric generation performance”為題發表在國際學術期刊《Materials Today Sustainability》（影響因子7.1，文章DOI：10.1016/j.mtsust.2024.100976）。東北大學醫工學院碩士研究所學生韓藝軒為論文第一作者，東北大學醫工學院田野副教授為論文通訊作者。
原文連結：https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2024.100976來源：高分子科學前沿