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太原理工張虎林教授團(tuán)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(zhì)
2022-06-10  來源：高分子科技


  水熱電池是一種環(huán)境友好的電源，能夠?qū)⒌图墴崮苻D(zhuǎn)化為電能，無需電池能夠為各種應(yīng)用場景中的小型電子設(shè)備提供動力。然而，其較差的可移植性、透明度、機(jī)械脆弱性和低輸出性能給其廣泛應(yīng)用帶來了負(fù)擔(dān)。


圖1 雙網(wǎng)絡(luò)熱電偶凝膠的設(shè)計


  近期，太原理工大學(xué)信息與計算機(jī)學(xué)院張虎林教授團(tuán)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(qū)域和PVA/Gelatin的良好雙網(wǎng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，非常適合獲得極好的透明度（>95%）和強(qiáng)拉伸性能(>0.65MPa) (圖1)。此外，還實現(xiàn)了準(zhǔn)固態(tài)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(shè)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(lián)合生產(chǎn)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(zhǔn)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(fā)表在《Nano Energy》上（Nano Energy 2022,100, 107449）。文章第一作者是太原理工大學(xué)碩士研究生白晨輝。該研究得到山西省自然科學(xué)基金面上項目和山西省留學(xué)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)中，熱電勢部分貢獻(xiàn)的示意圖（圖2a）；不同溫度下，Fe3+/Fe2+濃度為0.02 M的有機(jī)水凝膠熱電池的電流-電壓曲線和相應(yīng)的功率密度曲線。一端的溫度固定在T=293 K，ΔT=Th-Tc（圖2b,c）；Tc=293 K和Th=303 K時，反復(fù)按壓PG凝膠的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍(lán)色）曲線（圖2d）；Tc=293 K和Th=303 K時，PG凝膠反復(fù)彎曲的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍(lán)色）曲線（圖2e）;Tc=293 K和Th=303 K時，PG凝膠被拉伸的電壓-時間（紅色）和電流-時間（藍(lán)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(lán)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(nèi)輸出電壓隨光照強(qiáng)度的變化,用于自驅(qū)動太陽光強(qiáng)度監(jiān)測。插圖：光強(qiáng)檢測系統(tǒng)和設(shè)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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