A Multidirectionally Thermoconductive Phase Change Material Enables High and Durable Electricity via Real-Environment Solar–Thermal–Electric Conversion

材料科学 工程物理 相变 相变材料 光伏 热的 环境科学 光伏系统 气象学 电气工程 物理 工程类
作者
Dingyao Liu,Chuxin Lei,Kai Wu,Qiang Fu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 15738-15747 被引量:254
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c06680
摘要

A solar thermoelectric generator (STEG) that generates electricity from sunlight is expected to be a promising technology for harvesting and conversion of clean solar energy. The integration of a phase-change material (PCM) with the STEG even more enables engines to durably generate power in spite of solar radiation flux. However, its photothermal conversion and output electricity is still limited (<15 W/m2) by the PCM's deficient thermal management performance, i.e., restricted thermal conductivity and nonuniform heat-transfer behavior under concentrated sunlight radiation. In this study, a biomimetic phase-change composite, with centrosymmetric and a multidirectionally aligned boron nitride network embedded in polyethylene glycol, is tailored for the STEG via a radial ice-template assembly and infiltration strategy, which behaves in a highly and multidirectionally thermoconductive way and enables a rapid transfer of heat flux and uniform temperature distribution with respect to even a spot-like heat source. As a consequence, a powerful STEG is tactfully designed via the integration of this high-thermal-management characteristic and maximum collection of solar beams, for durable and real-environment solar-thermal-electric conversion, with its photothermal energy conversion efficiency of up to 85.1% and a high peak power density of 40.28 W/m2.
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