Flexible and Robust Bacterial Cellulose‐Based Ionogels with High Thermoelectric Properties for Low‐Grade Heat Harvesting

材料科学 化学工程 离子键合 热电效应 离子液体 离子电导率 纤维素 细菌纤维素 复合材料 热导率 离子 热电材料 纳米技术 电解质 有机化学 物理化学 热力学 化学 催化作用 工程类 物理 电极
作者
Kuankuan Liu,Jingchun Lv,Guodong Fan,Bijia Wang,Zhiping Mao,Xiaofeng Sui,Xueling Feng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (6) 被引量:100
标识
DOI:10.1002/adfm.202107105
摘要

Abstract The utilization of low‐grade and abundant thermal sources based on thermoelectric (TE) materials is crucial for the development of a sustainable society. However, high‐performance thermoelectric materials with biodegradable, mass‐productive, and low‐cost features are rarely reported. Here, from the perspective of sustainable development, natural polymer (bacterial cellulose, BC), and “green” solvent (ionic liquids, ILs) are combined to achieve a transparent, flexible, and robust ionogel (BCIGs) by using a facile and versatile modified co‐solvent evaporation method. The proposed BCIGs with 95 wt% 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium dicyanamide ([EMIm][DCA]) can have high tensile strength (3.05 MPa), skin‐like mechanical stretchability (40.99%), and obvious adhesivity. The BCIGs are thermally stable up to 250 °C. They also exhibit a high ionic conductivity (2.88 × 10 −2 S cm −1 ), high ionic thermovoltage (18.04 mV K −1 ), and low thermal conductivity (0.21 W m −1 K −1 ), resulting in the great ionic figure of merit (ZT i ) of 1.33 at room temperature. Through the model of mesoscopic confined ion transportation under a thermal gradient, it is attributed the great thermoelectric properties to the synergistic effect between ion–cellulose interaction and ion–ion interaction. Moreover, a flexible ionic thermoelectric capacitor (ITEC) device is also demonstrated, showing the potential of the BCIGs in wearable energy supply.
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