Simultaneous Realization of Flexibility and Ultrahigh Normalized Power Density in a Heatsink-Free Thermoelectric Generator via Fine Thermal Regulation

材料科学 热电发电机 散热片 功率密度 热电效应 传热 加热元件 光电子学 汽车工程 机械工程 复合材料 功率(物理) 热力学 物理 工程类
作者
Sijing Zhu,Ying Peng,Jie Gao,Lei Miao,Huajun Lai,Chengyan Liu,Junhao Zhang,Yong Zhang,Shun Zhou,Kunihito Koumoto,Tiejun Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 1045-1055 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.1c20367
摘要

Wearable thermoelectric generators (w-TEGs) can incessantly convert body heat into electricity to power electronics. However, the low efficiency of thermoelectric materials, tiny terminal temperature difference, rigidity, and negligence of lateral heat transfer preclude broad utilization of w-TEGs. In this work, we employ finite element simulation to find the key factors for simultaneous realization of flexibility and ultrahigh normalized power density. Using melamine foam with an ultralow thermal conductivity (0.03 W/m K) as the encapsulation material, a novel lightweight π-type w-TEG with no heatsink and excellent stretchability, comfortability, processability, and cost efficiency has been fabricated. At an ambient temperature of 24 °C, the maximum power density of the w-TEG reached 7 μW/cm2 (sitting) and 29 μW/cm2 (walking). Under suitable heat exchange conditions (heatsink with 1 m/s air velocity), 32 pairs of w-TEGs can generate 66 mV voltage and 60 μW/cm2 power density. The output performance of our TEG is remarkably superior to that of previously reported w-TEGs. Besides, the practicality of our w-TEG was showcased by successfully driving a quartz watch at room temperature.
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