通过阳离子存储模式和结构有序性实现可编程的电化学热电转换

《ChemSusChem》：Programmable Electrochemical Thermopower via Cation Storage Mode and Structural Order

　　

摘要

本研究旨在通过控制单一锐钛矿TiO₂化学结构及电荷存储机制，分离并量化热电势（α）的来源。将Li⁺和Na⁺插入到尺寸为30纳米和5纳米的锐钛矿TiO₂颗粒中，构建了三种模型电极：一种体相结晶插层电极（30纳米，Li），一种纳米级插层与电双层（EDL）混合电极（5纳米，Li），以及一种由Na诱导的非晶态、表面主导的电极（5纳米，Na）。30纳米的Li_xTiO₂电极在双相区域表现出几乎恒定的α值，为?1.5至?1.6 mV K^?1，这种行为主要由晶格插层熵驱动。相比之下，非晶态的Na_xTiO₂在0%钠化程度时表现出α = ?4.8 mV K^?1，随着钠化程度的增加，α值饱和至约?2.0 mV K^?1，表明结构无序和界面熵显著增强了|α|。5纳米的Li_xTiO₂电极的α值从+2.19 mV K^?1连续变化至?1.6 mV K^?1，它作为一个中间设计点，结合并权衡了法拉第效应（Faradaic）和电双层效应（EDL）的贡献。这些结果表明，在单一锐钛矿TiO₂材料体系中，可以独立设计α_Faradaic和α_EDL，为热电势达到数mV K^?1的电化学热电池提供了平台。

图形摘要

本研究提出了一种通过分离和优化影响热电势的各个物理组分来实现高热电势热电池的设计策略。通过对法拉第效应和电双层效应的独立控制，实现结构和界面的优化，从而协同增强热电势。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究支持的数据可向相应作者提出合理请求后获取。