太原理工张虎林教授团队 Nano Energy: 利用二元溶剂策略收集太阳能的透明可拉伸PVA/Gelatin热电偶水凝胶电解质

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水热电池是一种环境友好的电源，能够将低级热能转化为电能，无需电池能够为各种应用场景中的小型电子设备提供动力。然而，其较差的可移植性、透明度、机械脆弱性和低输出性能给其广泛应用带来了负担。

图1 双网络热电偶凝胶的设计

近期，太原理工大学信息与计算机学院张虎林教授团队合成的热电偶凝胶在DMSO/水二元溶剂中形成了显著的微晶区域和PVA/Gelatin的良好双网交联结构，非常适合获得极好的透明度（>95%）和强拉伸性能(>0.65MPa) (图1)。此外，还实现了准固态热电偶的高功率密度，并展示了基于PG凝胶和PDMS太阳吸收窗的总体设计。在600 W m^-2的模拟太阳光密度下，观察到0.1 V的恒定开路电压。这种集成的可回收热电偶和可变形组件可能为联合生产低档热能收集和电力开辟新途径，为广泛使用的废热和绿色能源做好准备。该工作以“Transparent stretchable thermogalvanic PVA/gelatin hydrogel electrolyte for harnessing solar energy enabled by a binary solvent strategy”为题发表在《Nano Energy》上（Nano Energy 2022,100, 107449）。文章第一作者是太原理工大学硕士研究生白晨辉。该研究得到山西省自然科学基金面上项目和山西省留学回国人员资助项目的支持。

图2 热电偶的热电特性

在含有Na⁺、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺、H₂O和DMSO以及PVA/明胶的双网络结构的复杂系统中，热电势部分贡献的示意图（图2a）；不同温度下，Fe³⁺/Fe²⁺浓度为0.02 M的有机水凝胶热电池的电流-电压曲线和相应的功率密度曲线。一端的温度固定在T=293 K，ΔT=T_h-T_c（图2b,c）；T_c=293 K和T_h=303 K时，反复按压PG凝胶的电压-时间（红色）和电流-时间（蓝色）曲线（图2d）；T_c=293 K和T_h=303 K时，PG凝胶反复弯曲的电压-时间（红色）和电流-时间（蓝色）曲线（图2e）;T_c=293 K和T_h=303 K时，PG凝胶被拉伸的电压-时间（红色）和电流-时间（蓝色）曲线（图2f）。

图3太阳能收集利用方式

基于PG凝胶的热能收集窗口全景图（图3a）; 多孔PDMS海绵的光吸收示意图（图3b）;凝胶两端的输出电流（红色）、输出电压（蓝色）和温差（黑色）（图3c）;光密度为1 kW m^-2的PG凝胶器件在1 min和10 min光照下的温度分布（图3d）; 实际窗口模型的工作开路电压, 在室外太阳辐照度约600 W m^-2的条件下获得100 mV的电压（图3e）; 一天之内输出电压随光照强度的变化,用于自驱动太阳光强度监测。插图：光强检测系统和设备的物理照片（图3f）。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107449

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