High-performance flexible thermoelectric generators with tunable in-plane and out-of-plane architectures

材料科学 热电发电机 佩多:嘘 热电效应 复合数 功率密度 平面(几何) 复合材料 纳米技术 光电子学 功率(物理) 聚合物 物理 几何学 数学 量子力学 热力学
作者
Quan Zhou,Hongxiong Li,Chunyu Du,Zhenqiang Ye,Lirong Liang,Guangming Chen
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:118: 109007-109007 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109007
摘要

Although thermoelectric generators (TEGs) based on organic/inorganic composite films have made great achievements in recent years, rational design of flexible TEGs with tunable in-plane or out-of-plane architecture still remains a great challenge. Herein, flexible films of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)/single-walled carbon nanotube (PEDOT:PSS/SWCNT) composite with an optimized power factor of 97 ± 2.4 μW m−1 K−2 are prepared by a facile solution mixing, followed by vacuum filtration and sequential solvents post-treatment. The effects of geometric parameters of thermoelectric (TE) legs on the generator output performance were investigated. Subsequently, the designed TEG prototypes, assembled in a "back-to-back" pattern with 5 or 10 p-n couples (TEG-5pn or TEG-10pn), can effectively utilize both in-plane and cross-plane temperature gradients. The out-of-plane TEG-10pn exhibits a higher output power density (337.4 μW cm−2 or 0.069 μW cm−2 K−2 at temperature difference of 70 K). Furthermore, the designed TEGs displayed versatile applications, efficiently achieving heat-to-electricity conversion by harvesting both in-plane and cross-plane temperature gradients induced by hot water in a cylindrical beaker, human body, or a hot plate. This work provides a convenient and practical strategy for the development of film-based TEGs, considering device architecture design, packing density and the geometric parameters of the TE legs.
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