研究人员开发出一种可拉伸且高效的可穿戴热电能量收集器

韩国电工技术研究院(KERI)能源转换材料研究中心的HyekyoungChoi博士和MinJuYun博士的研究团队开发了一种技术，可以通过使用“机械”将热电发电机的灵活性和效率提高到世界最高水平。自然界中不存在的超材料”。研究成果发表在《AdvancedEnergyMaterials》上。

一般来说，材料在水平方向拉伸时会在垂直方向收缩。就像当你按下一个橡皮球时，它会向侧面变平，当你拉一根橡皮筋时，它会拉紧。

横向伸长量除以轴向压缩量就是泊松比。相反，机械超材料与自然界的材料不同，被人为设计为在水平方向拉伸时会在水平和垂直方向上膨胀。超材料具有负泊松比。

KERI通过使用具有元结构的垫圈，成功地将热电发电机的拉伸性提高了35%。热电发电机将两端的温差转化为电能。它被称为下一代环保能量收集装置，因为它可以利用日常生活中浪费的热量作为电力。

到目前为止，大多数热电发电机都使用硬质陶瓷PCB，因此很难将其应用于皮肤或热水管等弯曲表面。

为了解决这个问题，采用了硅和聚合物等柔性材料作为支撑体，但导热率高是问题。每种材料边界之间的温差越大，热电发电机的效率越高，但典型的柔性支撑物会导致热旁路并防止因后续热损失而产生大的温度梯度。换句话说，对于热电发电机来说，灵活、有弹性且同时高效非常重要。

HyekyoungChoi博士团队使用的可变形垫片具有元结构，大大增加了温差发电机的结构稳定性。它可以变形为各种形状，像人的皮肤一样伸展，并且很容易附着在任何地方。此外，垫片内部的部分气隙具有优异的绝缘性能，与现有柔性热电发电机相比，可将温差增加高达30%，从而防止热量损失并确保热电发电机的效率。

科日热电发电机的伸缩率高达35%以上，发电密度高出20倍以上(0.1μW/cm2⇒2~3μW/cm2)。即使热电发电模块大大膨胀，电气特性也几乎不会恶化。这种伸缩性和效率都是世界最高水平。研究团队实现了耐用性，即使在10,000次或更多次重复弯曲后，发电机也能保持其性能而不会损失。

KERI的HyekyoungChoi博士表示：“团队中的研究人员不仅拥有开发高性能热电材料的专业知识，还拥有致力于能量收集的模块化技术以及与稳定自供电设备相关的技术。”“通过这种融合研究，我们能够创造协同效应，并考虑从核心技术开发、测试到实际应用的一切。”

这一成果预计将在物联网和基于人工智能的可穿戴设备领域受到高度关注。现有可穿戴设备的缺点是必须有电池等独立电源，但利用KERI热能收集技术，它们可以简单地附着在身体上，利用体热发电，甚至可以直接通过身体供电。模块。它还可以应用于下一代医疗领域。

HyekyoungChoi博士的团队旨在通过持续研发、改进冷却技术和电源管理电路来推进下一代环保能源收集时代，从而提高热电发电机的性能。

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