D-Mannitol/Graphene Phase-Change Composites with Structured Conformation and Thermal Pathways Allow Durable Solar–Thermal–Electric Conversion and Electricity Output

材料科学 热电发电机 热的 发电 能量转换效率 光电子学 热电效应 光伏系统 电力 复合材料 电气工程 功率(物理) 气象学 工程类 物理 热力学 量子力学
作者
Weizhi Lin,Jiacheng Lai,Keqing Xie,Dingyao Liu,Kai Wu,Qiang Fu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (34): 38981-38989 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.2c11843
摘要

Durable electricity generation from a phase-change material (PCM)-assisted solar thermoelectric generator (STEG) through photo-thermal-electric conversion is a promising way to take advantage of the clean solar energy. However, due to the deficient and mismatched thermal charging and discharging rates in the PCMs, the previous PCM-supported STEGs usually exhibit inefficient solar-thermal-electric conversion (<1%) and limited electricity output. In this work, we report a structured D-mannitol/graphene phase-change composite fabricated by a radial ice-template assembly and infiltration strategy, in which radially aligned graphene nanoplates are bridged by graphitized polyimide that offers multidirectional and interlaced thermal highways for rapid thermal charging, while the sample conformation is further regulated by the ice-template mold, promising the optimal charging and discharging balance in the PCM. After being integrated with a solar concentrator and a thermoelectric device, this powerful STEG outputs tremendous power density, with the solar-thermal-electric conversion approaching 2.40%. The plenteous electricity supply is demonstrated to reliably charge a mobile phone under normal sunlight. This elaborate STEG design opens up opportunities for providing sufficient power guarantees for the self-powering of electronic devices in the wild.
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