热电设备有多种用途,但要充分利用它们仍然存在障碍。通过结合有机材料的独特能力,日本九州大学科学家成功开发出一种全新有机热电装置,无需存在温差就能从环境中收集热量。研究结果发表在19日《自然・通讯》杂志上。

现有热电设备或热电发电机是一种产生能量的材料,需要存在温度差异,即设备一侧的温度比另一侧要高,才能将热量转化为电能。此类设备也因其在收集废热方面的潜在用途而成为研发的重点。

此次,研究团队研制出一种可在室温下,从日常环境中收集热量的热电装置。他们专注于有机化合物的应用,许多有机化合物可以轻松地在彼此之间传递能量。但关键是找到能够作为电荷转移界面的化合物,这样它们才互相转移电子。在测试了多种材料后,该团队发现了两种可行的化合物:酞菁铜(CuPc)和全氟酞菁铜(F16CuPc)。

为了改善新界面的热电性能,团队还加入了富勒烯和空穴阻挡材料(BCP),这些是电子传输的良好促进剂。将这些化合物添加在一起可显著提高器件的功率。最后,他们得到了一个优化的器件,具有180纳米的酞菁铜层和320纳米的全氟酞菁铜层、20纳米的富勒烯和20纳米的BCP。

该器件具有384毫伏的开路电压、1.1微安/厘米2的短路电流密度,最大输出为94纳瓦/厘米2。此外,所有这些结果都是在室温下实现的,无需存在温度差异。如果增加器件的面积,还可能实现更高的电流密度。

这种新热电装置可将生活环境中丰富的室温热量转化为可用的电能。由于不需要温度差异,意味着不需要冷却装置,因此该设备可以做得很紧凑。

(科技日报)