离子热电连续发电研究中取得进展

清华大学航院张兴教授、马维刚副教授课题组和郑州大学王珂教授、宋东兴研究员（直聘）课题组合作，开发了离子热电传送带运行模式，以热驱动离子拖曳电子形成持续电子电流，克服了电容器模式对离子累积和热源交换的依赖，实现了恒定温差下的连续发电。如图1所示，研究团队设计U形混合传导离子热电材料，材料内部离子通过库仑力吸附电子形成离子-电子摩擦力（ion-electronic friction），该摩擦力使得热扩散离子能够拖曳电子一起运动，像传送带传送货物一样，因此称为传送带模式。将U形引脚浸润入盐溶液中形成闭合离子回路，离子到达冷端后通过溶液返回热电材料的热端，形成持续离子电流；传送至冷端的电子走外部电子回路返回热端，进而对负载供能。实验测量引脚浸润前后电压发生反转，证明了冷端由阳离子积累转变为传送来的电子积累，多模块串联器件测试发现，传送带模式具有优异的稳定性和可扩展性，发电功率和效率比电容器模式有数量级的提升。采用电子能谱表征了电容器模式和传送带模式的离子浓度分布，发现传送带模式浓度梯度更低，表明离子可以循环流动而非持续积累，支持了传送带模式的连续发电机制。
相关研究成果以“传送带模式实现连续的离子热电转换”（Conveyor mode enabling continuous ionic thermoelectric conversion）为题，于9月8日在线发表于《焦耳》（Joule）。
郑州大学直聘研究员宋东兴（清华大学航院博士毕业生）、清华大学航院2020级博士生赵春雨为论文共同第一作者。清华大学航院马维刚副教授为论文通讯作者。其他合作者包括清华大学航院教授张兴、郑州大学教授王珂和清华大学航院硕士生陈斌。研究得到国家自然科学基金、国家博新计划、博士后基金和清华-丰田联合基金等的资助。