從環(huán)境廢熱中收集能量，例如從人體損失的廢熱，是可持續(xù)為小型電子設(shè)備供電的誘人前景。熱電池是一種能量收集設(shè)備，它通過熱充電效應(yīng)將環(huán)境熱量轉(zhuǎn)化為電能。盡管熱電池既便宜又有效，但是到目前為止，僅達(dá)到了很低的輸出電壓-僅幾十毫伏(mV)，而這些電壓也取決于溫度。為了使熱電池可靠地為電子設(shè)備供電并促進(jìn)可持續(xù)社會的發(fā)展，需要解決這些缺點(diǎn)。

筑波大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近改善了熱電池的能量收集性能，使該技術(shù)更接近于商業(yè)化。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種熱電池，其中包含一種材料，該材料表現(xiàn)出其晶體結(jié)構(gòu)的溫度誘導(dǎo)相變。剛好高于室溫，該固體材料中的原子重新排列以形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。這種相變導(dǎo)致輸出電壓從零增加到大約120 mV，與現(xiàn)有的熱電池相比，性能得到了顯著改善。

這項(xiàng)研究的資深作者Yutaka Moritomo教授解釋說：“我們材料的溫度誘導(dǎo)相變導(dǎo)致其體積增加。“這反過來又提高了熱電池的輸出電壓。”

研究人員能夠微調(diào)其材料的相變溫度，使其位于室溫之上。當(dāng)將包含該材料的熱電池加熱到該溫度以上時，會引起該材料的相變，從而導(dǎo)致輸出電壓從低溫的零大幅上升到50°C的約120 mV。

除了解決低輸出電壓的問題外，包含相變材料的熱電偶也克服了取決于溫度的輸出電壓的問題。由于由熱相變引起的熱電池輸出電壓的增加遠(yuǎn)大于輸出電壓隨溫度變化的波動，因此可以忽略這些波動。

Moritomo教授說：“我們的結(jié)果表明，通過加入在適當(dāng)溫度下具有相變的材料，可以大大提高熱電池的性能。”“這個概念是實(shí)現(xiàn)更高效的能量收集設(shè)備的一種有吸引力的方式。”

研究團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)結(jié)合了熱電池技術(shù)和適當(dāng)匹配的相變材料，從而提高了將廢熱收集到電力電子設(shè)備的能力，這是一種環(huán)境可持續(xù)的過程。這種設(shè)計(jì)具有為高級電子設(shè)備提供獨(dú)立電源的潛力。