新加坡国立大学欧阳建勇教授团队研发出具有高塞贝克系数和高热电性能的柔性离子液体凝胶
目前，如何收集传统工业和生活中产生的大量废热，进一步提高能源的利用率，成为研究者们关注的焦点。其中，热电器件具有结构简单，易于搭建设备等优点。但传统的热电材料依靠电子在温度梯度下输运，它们的塞贝克系数只有几十至几百mV/K，而且进一步提高塞贝克系数不可避免的导致其电导率的下降。相较传统的电子热电材料，离子导体可以有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。
图1. 相关离子液体，聚合物化学结构式以及制备的柔性离子液体胶薄膜
最近，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透明柔性离子液体凝胶 （图1）。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。关于这种离子液体胶的高塞贝克系数，他们的研究表明这来源于离子与聚合物极性官能团的相互作用。
图2. 不同离子液体胶离子塞贝克系数及其热电转换原理
该团队进一步研究了离子液体凝胶电容的热电转换应用（图2）。热电电容的工作模式包括四步热循环过程将热量转换成电能，且转换效率接近于同等ZT值的电子热电材料。相关作品以Flexible Quasi-Solid State Ionogels with Remarkable Seebeck Coefficient and High Thermoelectric Properties为题发表在先进能源材料 （Adv. Energy Mater. 2019, 1901085）。该论文的第一作者为程汉霖博士，通讯作者是欧阳建勇教授。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901085
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