“现在我的身体就是电池？”UNIST开发利用体温点亮LED的薄膜发电机

Published 13 Nov.2025 09:47(KST)

Jang Seongyeon研究团队提出高性能离子热电材料通用设计原理

利用微小温差驱动商用LED…刊登于Adv. Funct. Mater.

仅凭人体体温与空气之间微小的1.5℃温差，就能点亮发光二极管（LED）灯泡的薄膜发电机问世了。

UNIST能源化学工程系的 Jang Seongyeon 教授团队同时开发出了世界性能最高的柔性p型和n型离子热电材料。

研究团队，（自左起）Professor Jang Seongyeon，研究员 Kim Donghu（第一作者）。UNIST提供

热电材料是一种能够利用材料内外部温差来发电的材料，功能类似发电机。其中，“离子”热电材料是通过离子的运动来产生电能：在p型材料中，带正电的阳离子移动；在n型材料中，带负电的阴离子移动。当出现温差时，离子会向较冷的一侧偏聚，从而产生电压并形成电流。

此次开发的材料其热电性能指数（ZTi）为：p型49.5、n型32.2，是目前为止报道的离子热电材料中最高的记录，比以往的最高纪录提升了70%。热电性能指数越高，即使温差不大，也能高效发电。

p型材料以导电高分子PEDOT:PSS复合物为基础，n型材料则是在p型材料中加入氯化铜（CuCl₂）制得。在p型材料中，带正电的氢离子移动产生电能；在n型材料中，则是带负电的氯离子运动来发电。

此外，这两种材料都基于轻质且柔性的高分子，可制成薄膜形态的发电机。

实际中，将该p型与n型材料各10对串联连接制成的薄膜发电模块，每当产生1℃的温差时即可输出1.03伏的高电压，并仅凭1.5℃的低温差就点亮了LED灯泡。同时，在室内环境下，该模块在2个月以上仍能保持95%以上的性能，验证了优异的长期稳定性。

利用开发出的热电材料制成的薄膜型热电模块（上）及其实际运行状态（下）。

研究团队解释称，他们通过一种寻找材料内部离子浓度与离子扩散系数之间平衡点的热力学设计方法，得以开发出上述材料。一般而言，离子热电材料中离子浓度越高、迁移速度越快，发电效率越高，但若离子过多，反而会阻碍其流动。研究团队系统分析了决定离子浓度的添加剂（如氯化铜）浓度，以及决定扩散系数的材料内部结构（高分子聚集度）等因素，最终找到了整体功率密度达到最大化的最佳点。

第一作者、研究员 Kim Donghu 表示：“离子热电材料此前缺乏系统性的设计指引，难以充分挖掘其潜在性能，而本研究正是提出了这类设计原理的工作。”

Jang Seongyeon 教授称：“本次开发的材料薄且柔软，能够轻松贴合人体或各种曲面表面”，“有望应用于无需电池即可充电的可穿戴智能手表，以及在内外温差仅有数摄氏度到数十摄氏度的环境中也能工作的自发电传感器的开发。”