Realization of Hydrogel Electrolytes with High Thermoelectric Properties: Utilization of the Hofmeister Effect

材料科学 热电效应 塞贝克系数 热电材料 自愈水凝胶 化学工程 离子键合 复合材料 纳米技术 离子 热导率 高分子化学 热力学 有机化学 化学 物理 工程类
作者
Shuanglin Jia,Wanyu Qian,Penglu Yu,Ke Li,W. X. Tang,Mingxuan Li,Jinle Lan,Yuanhua Lin,Xiaoping Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c18790
摘要

Ionic thermoelectric materials, renowned for their high Seebeck coefficients, are gaining prominence for their potential in harvesting low-grade waste heat. However, the theoretical underpinnings for enhancing the performance of these materials remain underexplored. In this study, the Hoffmeister effect was leveraged to augment the thermoelectric properties of hydrogel-based ionic thermoelectric materials. A series of PAAm-x Zn(CF3SO3)2, PAAm-x ZnSO4, and PAAm-x Zn(ClO4)2 hydrogels were synthesized, using polyacrylamide (PAAm) as the matrix and three distinct zinc salts with varying anion volumes to impart the Hoffmeister effect. Exceptionally, the most cost-effective ZnSO4 yielded the highest ionic Seebeck coefficient among the hydrogels, with PAAm-1 ZnSO4 achieving a remarkable value of −3.72 mV K–1. To elucidate the underlying mechanism, we conducted an innovative analysis correlating the Seebeck coefficient with the zinc ion transfer number. Additionally, the hydrogel materials demonstrated outstanding mechanical properties, including high elongation at break (>1400% at its peak), exceptional resilience (virtually no hysteresis loops), and robust fatigue resistance (overlapping cyclic tensile curves). This work not only advances the understanding of ionic thermoelectric materials but also showcases the potential of hydrogels for practical waste heat recovery applications.
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