近日，南方科技大学刘玮书教授团队联合香港城市大学冯宪平教授团队开发出一种新型准固态离子热电循环（t-ITC）系统。相关成果以“Temperature-Adaptive Self-Regenerating Ionic-Thermoelectric Cycles for Time-Domain Thermal Energy Harvesting”为题发表在国际期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。

随着全球对可持续能源需求的日益增长，利用环境中广泛存在的低品位热能（如工业废热、地热、昼夜温差等）成为研究热点。传统热电转换技术依赖于空间温度梯度，而昼夜温差等时间域热源因难以持续捕获而长期未被有效利用。研究团队创新性地提出了一种时间域离子热电循环系统（t-ITC），通过设计具有相反温度系数的两种凝胶电解质，结合温度自适应自再生策略（TASR），实现了在昼夜温差条件下的高效、持续能量收集。

图1 t-ITC器件结构示意图与温度自适应自再生过程

该系统采用聚丙烯酰胺-聚乙烯吡咯烷酮（PAM-PVP）双网络水凝胶为载体，分别负载KI3/KI和K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6两种氧化还原电对，并共享K+作为公共抗衡离子。通过精准调控临界再生温度（TCR）位于高低温之间，系统可在每个热循环中自动重置电压，实现长期稳定运行。

图2 t-ITC器件的时域温差收集性能与能量转换效率

在60°C至10°C的循环温差条件下，该t-ITC器件实现了每循环3.28 kJ m-2的高能量密度，相对卡诺效率高达8.39%（考虑70%热回收）。器件在300次循环后仍保持90%以上的能量输出，展现出优异的循环稳定性与环境适应性。

图3 集成模块在模拟沙漠与高原等不同环境中的实际发电演示

团队进一步开发了5×5柔性集成模块，成功应用于模拟沙漠与高原等极端温差环境，实现了对LED阵列和数字温湿度计等电子设备的直接供电，验证了其在全球范围内捕获时间域热能的巨大潜力。

香港城市大学博士后李其锴（南方科技大学-香港大学联合培养博士生）与南方科技大学博士生于茂为共同第一作者，刘玮书与冯宪平为共同通讯作者。南方科技大学与香港城市大学为论文共同通讯单位。该研究获得国家自然科学基金、香港研究资助局、深圳市科技创新委员会等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63645-2

供稿：材料科学与工程系

通讯员：邓雅丽

主图：丘妍

编辑：曾昱雯