Hierarchically Porous Cellulose Membrane via Self‐Assembly Engineering for Ultra High‐Power Thermoelectrical Generation in Natural Convection

热电效应 材料科学 多孔性 电压 温度梯度 热电发电机 热电冷却 纤维素 光电子学 化学工程 纳米技术 复合材料 电气工程 热力学 气象学 工程类 物理
作者
Haodong Sun,Fengjie Tang,Yinghao Bi,Hao Sun,Liulian Huang,Feng Jiang,Lihui Chen,Jianguo Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (52) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202307960
摘要

Abstract Renewable heat‐to‐power conversion based on thermoelectric strategy holds strong prospect toward clean electricity generation in low‐carbon society, in which its conversion performance is mainly decided by the temperature gradient. However, achieving a high temperature gradient spontaneously throughout the day in natural convection remains a significant challenge. Herein, cost‐effective, sustainable, and hierarchically porous cellulose membrane (HPCM) created through a simple self‐assembly engineering of cellulose molecules is proposed. Such HPCM boasts a unique structure of layered micro‐ and nanoscaled pores with ≈95% porosity, and correspondingly demonstrates >94% solar reflectance and >0.9 mid‐infrared emissivity. As a result, HPCM enables average temperature gradient of 14.5 °C and 76 mV output voltage of thermoelectric module during daytime natural convection, which are 17‐ and 30‐time higher than those of pristine device, respectively. Note that HPCM‐based thermoelectric module consistently generates an average output voltage of 44.2 mV all day. Such modules are seamlessly integrated into thermoelectric arrays to achieve high output voltage of ≈1.5 V and power density of ≈3 W m −2 over 90‐d period. The prepared HPCM marks a significant advancement in environmentally friendly, scalable, and viable thermoelectric conversion to power the low‐carbon society.
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