一组研究人员创建了一种创新的有机热电装置，该装置可以从周围的环境温度中生成电力。虽然现有的热电设备有各种应用，但依然存在障碍妨碍其最佳使用。通过利用有机材料的独特特性，研究人员构建了一个在室温下进行热电能量生成的框架，无需温度梯度。他们的研究结果发表在期刊《自然通讯》上。
热电设备，通常被称为热电发电机，是被设计用于将热量转化为电能的材料，只要装置的两侧之间存在温差——一侧被加热而另一侧较冷。由于这些设备能够捕捉各种能源生产过程中产生的废热，因此对它们的研究和开发一直受到重视。
热电发电机的一个显著例子出现在太空探索中。像火星好奇号探测器和旅行者探测器等机器使用放射性同位素热电发电机。在这里，由放射性同位素产生的热量为热电组件的运行提供所需的温度梯度，以供给机上仪器所需的电力。然而，高生产成本、使用有毒材料、低能量效率以及对高温的需求等挑战使得热电设备在现代应用中未能得到充分利用。
“我们的团队正在探索设计一种能够从环境温度中获取能量的热电设备的方法。我们的实验室专注于有机化合物，其中许多具有允许高效能量传递的独特特性，”九州大学有机光电子研究中心（OPERA）主任，稻田知也教授指出，”有机化合物的有效性在OLED和有机太阳能电池中得到了显著体现。”
挑战在于确定适合电荷转移接口的化合物——这些化合物能够轻松地相互传递电子。通过测试各种材料，团队确定了两个有效的化合物：铜酞菁（CuPc）和十六氟酞菁铜（F16CuPc）。
“为了提高这个新接口的热电性能，我们还结合了富勒烯和BCP，”稻田继续说道。”这些材料被认为是优良的电子传输增强剂。通过结合这些化合物，我们显著提高了设备的功率输出。最终，我们优化的设备由180纳米的CuPc、320纳米的F16CuPc，再加上20纳米的富勒烯和20纳米的BCP组成。”
优化后的设备产生了384毫伏的开路电压，1.1微安/平方厘米的短路电流密度，达到了94纳瓦/平方厘米的最大输出。令人印象深刻的是，所有这些指标都是在室温下实现的，且无需温度梯度。
“热电设备领域已经取得了重大进展，而我们新推出的有机设备肯定会为该领域的演变做出贡献，”稻田总结道。”我们旨在通过测试更多材料来继续优化这个设备。我们很可能仅通过扩大设备的表面积就能实现更高的电流密度，这对于有机材料来说是相当不寻常的。这证明了有机材料的巨大潜力。”
