仅凭体温即可启动电子设备的电能问世…UNIST实现全球首次研发

Published 20 Aug.2025 11:29(KST)

UNIST Jang Seongyeon教授团队全球首创高性能n型固态热电化学电池

可用于无电池可穿戴设备和物联网传感器等应用，刊登于Energy Environ. Sci.

仅凭人体散发的热量就能产生相当于AA电池电压的新技术已经问世。

有望加速无需外部电源或充电也能运行的可穿戴设备和物联网（IoT）传感器的商业化进程。

UNIST研究团队称，张成渊（Jang Sungyeon）教授团队于20日表示，已在全球首次开发出具备足以驱动实际电子设备输出功率的n型固体热电化学电池。

研究团队成员左侧为教授 Jang Seongyeon，右侧为第一作者研究员 Baek Jeongye。UNIST 提供

热电化学电池是一种利用人体体温与周围空气之间的温差来发电的小型发电装置。不过，体温（约36℃）与空气（20～25℃）之间的温差仅有数摄氏度，要获得足以驱动实际电子设备的输出功率一直十分困难。

本次研究团队开发的固体电池能够获得足够的电压和电流，从而获得可以驱动实际电子设备的输出功率（电压×电流）。一般来说，固体电池具有不存在漏液风险的优点，但由于离子在固体电解质内部迁移不畅，电流往往不足。

研究团队通过合理设计电解质，充分打通了离子传输通道。此外，离子的热扩散还带来额外的电压提升，从而提高了整体输出功率。

将这种电池像乐高积木一样串联连接100个时，仅凭体温即可获得约1.5V电压，这一电压水平相当于常见AA电池。

同时，当16个电池单元相连时，已经能够实际点亮LED照明、电子表以及温湿度传感器等设备。单个电池单元的塞贝克系数为-40.05mV/K，较以往n型材料最高提升约5倍。塞贝克系数越高，在相同温差下的输出电压越高。即便对体热充放电进行50次循环，仍表现出相同输出功率，其耐久性也得到验证。

此次开发的固体电池以导电高分子“PEDOT:PSS”和Fe(ClO4)2/3氧化-还原对为基础。存在于高分子链上的带负电荷的磺酸基（SO₃⁻）与电解质中的阳离子（Fe²⁺/Fe³⁺）之间的静电结合使结构更加坚固，同时带负电荷的阴离子（ClO₄⁻）则可以在其中自由迁移，形成顺畅的传输路径。

开发的热电镓镍电池串联连接模块驱动商用电子器件。图(a) 不同温度梯度下模块的热电动势（电压）输出。图(b) 连续工作90分钟以上的温湿度传感器。图(c) 驱动LED、温湿度传感器、电子腕表等商用电子器件。

张成渊教授表示：“这是在利用低温废热的柔性热电转换器件开发领域开辟新局面的研究，有望成为为可穿戴设备或自供能物联网设备提供电源的自发电系统的基础。”

此次研究成果已于7月7日发表于英国皇家化学学会（RSC）学术期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。

本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团（National Research Foundation, NRF）的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。