熱電發(fā)電機(jī)(TEG)是可以將溫度梯度轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備。這種設(shè)備對(duì)于為無(wú)法連接到主電網(wǎng)的遠(yuǎn)程傳感器發(fā)電非常有用。傳統(tǒng)的TEG由一側(cè)(頂部或底部)組成，其輻射熱量以冷卻，另一側(cè)從太陽(yáng)或環(huán)境中吸收熱量。

這反過(guò)來(lái)又會(huì)產(chǎn)生面外溫度梯度，并將其轉(zhuǎn)化為電能。然而，這樣的要求往往使設(shè)計(jì)龐大、復(fù)雜且效率低下。這反過(guò)來(lái)又使TEG難以與其他組件或系統(tǒng)集成，限制了其在可再生能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

幸運(yùn)的是，來(lái)自韓國(guó)的研究人員現(xiàn)在可能已經(jīng)找到了克服這些挑戰(zhàn)的方法。在一項(xiàng)新的研究中，由光州科學(xué)技術(shù)大學(xué)(GIST)的Young Min Song教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員報(bào)告了一種新型靈活，輕便且可生物降解的TEG，其靈感來(lái)自一個(gè)不太可能的地方 - 斑馬皮膚。從本質(zhì)上講，該設(shè)計(jì)使用類似于黑白斑馬條紋的圖案來(lái)創(chuàng)造用于發(fā)電的高平面內(nèi)溫度梯度。這一突破發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

“傳統(tǒng)的TEG設(shè)計(jì)又大又笨重，因?yàn)樗鼈円蕾囉谧匀粚?duì)流，這導(dǎo)致了面外溫度梯度。這需要硬絕緣體，這限制了TEG在柔性和可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)在我們的設(shè)計(jì)中超越了這種范式，創(chuàng)造了一種靈活且可生物降解的平面內(nèi)設(shè)備。這增加了其適用性，同時(shí)通過(guò)使其可擴(kuò)展、可集成和可持續(xù)來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響，“宋教授解釋說(shuō)。

研究人員使用聚(L-丙交酯-co-ε-己內(nèi)酯)(PLCL)，一種白色，柔性和可生物降解的材料，用于制造TEG。PLCL反射陽(yáng)光并發(fā)出紅外(IR)輻射，這使得它下面的區(qū)域是涼爽的。在這種材料之上，研究人員應(yīng)用了黑色聚(3，4-乙烯二氧噻吩):p oly(苯乙烯磺酸鹽)或(PEDOT：PSS)，它們看起來(lái)是黑色的，帶出類似于斑馬皮膚上的條紋對(duì)抗PLCL。

PEDOT：PSS呈現(xiàn)黑色的原因是它吸收了照射在其上的陽(yáng)光，同時(shí)反射了來(lái)自其下方的紅外輻射(由PLCL發(fā)射)。這反過(guò)來(lái)又增加了黑色條紋下方區(qū)域的溫度，產(chǎn)生交替的暖區(qū)和冷區(qū)，即溫度梯度，然后可以轉(zhuǎn)化為電能。

研究人員在他們的設(shè)計(jì)中使用一系列硅納米膜實(shí)現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)換。新穎的設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生 22°C 的最大溫差以及 6 μW/m² 的最大能量密度。此外，該設(shè)備完全生物降解，沒有任何剩余的副產(chǎn)品，僅用了35天。

憑借這些卓越的特性，新的TEG設(shè)計(jì)肯定會(huì)為可擴(kuò)展的環(huán)保能源系統(tǒng)打開大門。

“大流行導(dǎo)致一次性口罩和防護(hù)設(shè)備的廣泛使用，對(duì)環(huán)境造成了巨大的影響。這突顯了對(duì)可持續(xù)和環(huán)保解決方案的需求，例如TEG，可以將其整合到此類可穿戴設(shè)備中，以執(zhí)行自發(fā)電和傳感等專業(yè)功能，“宋教授說(shuō)。

“由于其輕質(zhì)和可生物降解的特性，我們的設(shè)計(jì)可以填補(bǔ)這一空白。它還可以無(wú)縫集成到各種能源和智能電網(wǎng)技術(shù)中，以進(jìn)一步增強(qiáng)其功能和影響，“他總結(jié)道。