Energy Technology:PEDOT/PSS薄膜电极在热电化学电池中的应用

日常生活中产生大量的热能,在节能环保的当今时代主题下,余热回收技术是一项提高能源利用率及防止资源浪费的有效途径。近年来关于余热回收的研究得到了学界与产业界的关注,尤其是低温下热能(例如体温)的利用技术,在医疗保健产品,可穿戴设备和自供电传感器网络的发展等方面越来越受重视。然而,由于较低温度下分散的热能能量密度低且能量转换效率低,因此对其利用具有一定的困难与挑战。热电化学电池是一种基于电化学方法可直接将热能转化为电能的技术,包含两个电极和含有氧化还原对的电解质溶液。当在电池两端施加温差,电极表面发生氧化还原反应可形成电势差。所产生的电势可以为两个电极之间的外部负载供电。具有高催化活性和低电荷转移电阻的铂是公认的理想电极。然而,高成本限制了其在热电化学电池中的应用。

日本产业技术综合研究所(AIST)卫庆硕团队近几年一直致力于开发有前景的替代铂的电极材料,经研究发现聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)薄膜材料展示了比铂更低的电荷转移电阻。自立薄膜的电导率达到1000 S/cm。以铁氰化物/亚铁氰化物为电解质,基于PEDOT/PSS的热电化学电池的输出功率可以达到300 mW以上,可驱动发光二极管和蓝牙湿度/温度传感器。此外,PEDOT/PSS的另一个优势是可以掺杂不溶性氧化还原对(如普鲁士蓝衍生物),这有助于研究不同电极材料与温度相关的氧化还原电位。且通过适当地组合氧化还原对可以实现热再生电化学电池,即不需要在电极之间维持温度差,其在环境温度变化时可产生电能。因此,PEDOT/PSS薄膜材料有较大的应用前景,相关论文发表在杂志Energy Technology (DOI: 10.1002/ente.201900998)。