In-situ recomposition of polyethyleneimine additive enables a multiprocess long-lifetime thermocell

氧化还原 胺气处理 同种类的 离子键合 化学 反应性(心理学) 反应条件 组合化学 工作(物理) 可重用性 纳米技术 生物相容性材料 材料科学 化学工程 水溶液 氧化还原 分数(化学) 还原(数学)
作者
Xinya Wu,Chunlin Pang,Qikai Li,Yu‐Ting Huang,Sijia Wang,Chun Cheng,Wei Li,Chuan He,Qiyu Deng,Hengjia Zhu,Meng Cheng Ni,Yun Chi,Liqiu Rick Wang,Shien‐Ping Feng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70392-5
摘要

Ionic thermocells offer a compelling route for converting low-grade heat into electricity, yet their real-world deployment is hindered by performance decay under fluctuating conditions and limited synergistic pathways. Herein, we introduce polyethyleneimine as a self-limiting sacrificial additive in a K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 thermocell. During initial operation, only a fraction of amine groups in polyethyleneimine engages in redox with Fe(CN)63-/Fe(CN)64-, while the remaining amine groups mediate thermally induced adsorption-desorption, selective condensation, and homogeneous catalysis. These cascaded effects boost the thermopower from 1.4 mV K-1 to 7.76 mV K-1. Crucially, the self-limiting nature and temperature-dependent reactivity of polyethyleneimine-Fe(CN)63- reaction not only generates solvation-perturbing species but also ensures long-term functional stability (>1000 hours). A proof-of-concept panel delivers over 5 V and 7.5 mW under a 50 K temperature difference, demonstrating system scalability. This work highlights the potential of sacrificial additive engineering to enable durable and high-performance thermocells for sustainable heat-to-electricity conversion. The study introduces polyethyleneimine as an additive in a thermocell, enhancing thermopower from 1.4 to 7.76 mV/K. It achieves long-term stability and scalability by enabling thermosensitive adsorption-desorption, selective reactions, and Manning condensation, converting low-grade heat to electricity efficiently.

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