Stretchable polyvinyl alcohol and sodium alginate double network ionic hydrogels for low-grade heat harvesting with ultrahigh thermopower

材料科学 聚乙烯醇 塞贝克系数 离子键合 聚乙二醇 热电效应 自愈水凝胶 PEG比率 化学工程 离子电导率 复合材料 高分子化学 热导率 有机化学 离子 物理化学 化学 热力学 电极 电解质 物理 财务 工程类 经济
作者
Yi-Chun Hsiao,Ling‐Chieh Lee,Yen-Ting Lin,Shao‐Huan Hong,Kuan-Chieh Wang,Shih‐Huang Tung,Cheng‐Liang Liu
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:37: 101383-101383 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101383
摘要

Recently, employing ionic thermoelectric (i-TE) materials is regarded as a promising strategy to harness low-grade waste heat due to their remarkable ionic Seebeck coefficient. By blending polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate (SA), and polyethylene glycol (PEG) and additional freeze-thaw method, PVA/SA/PEG hydrogel is developed. Via immersing the hydrogel in NaBF4 solutions with different concentrations, the TE and mechanical properties could be adjusted. PVA/SA/PEG/NaBF4-1.5 M hydrogel demonstrates exceptional mechanical properties, with tensile stress and strain up to 69 kPa and 114%, respectively. Moreover, PVA/SA/PEG/NaBF4-1.5 M hydrogel exhibits a high ionic conductivity of 31.4 mS/cm, a maximum ionic Seebeck coefficient of 66.7 mV/K, and an impressive power factor of 13.96 mW/m/K2. These outstanding performances originate from the synergistic effect of Manning's counterion condensation facilitated by SA and the crystal PVA chains. The prototype application of the PVA/SA/PEG/NaBF4-1.5 M hydrogel is demonstrated by a flexible ionic thermoelectric supercapacitor. With the external load resistance is 90 kΩ, the energy collected in one thermal cycle could achieve 4 mJ. This study introduces the exceptional stretchable PVA/SA/PEG/NaBF4 hydrogels with a record-high ionic Seebeck coefficient as promising i-TE materials for future TE application in low-grade waste heat.
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