摘要：

近年来，可穿戴电子设备、物联网设备、生物医学工程、软体机器人等领域的高速发展促使了能量转化研究受到广泛关注。压电发电机、摩擦纳米发电机、太阳能电池、湿气发电机、热电发电机（TEG）等众多的能量收集技术中，热能由于广泛存在于自然环境与工业生产等过程中，拥有成为理想能源的巨大潜力。由热电材料组装的TEG不仅可以直接将热能转化为电能，有效减少多次能量形式间转化所带来的能量损耗。

传统热电材料一般是电子导体材料，包括无机半导体、半金属和导电聚合，它们虽然具有较高的导电性，但其在热电方面应用时，存在Seebeck系数低、柔性差、有剧毒性、可用性有限和成本高等问题，限制了其进一步的开发与应用。热电电池（thermocell）产生的热电电压约为1~5 mV K^-1，比传统无机热电材料的热电电压高几个数量级。例如，周等人开发了一种热敏晶体增压的液体热电池，产生3.73 mV K^-1的热电压，实现了为小型电子设备供电的应用。除了传统热电材料和热电电池外，基于离子导体的不含氧化还原反应的离子热电发电机，仅依靠热驱动的离子扩散来产生电位差（Soret效应），展现出更高的Seebeck系数，但目前该方向的相关研究很少被报道。

当离子热电发电机处于一定的温度梯度下，离子导体中阴、阳离子在热驱动下进行从热极向冷极的定向扩散，由于离子扩散速度受到离子半径大小、离子所带电荷量以及所处环境对其相互作用等因素影响，阴、阳离子在温度梯度下的扩散速度不同会导致在冷、热极产生一定的极化电压。所以，离子导体中阴、阳离子之间由热驱动的扩散差是产生热电压的关键。之前有研究报道，纤维素通过阳离子和纤维素的脱水葡萄糖环之间的色散作用以及阴离子和纤维素羟基之间的静电作用而能够溶解在季铵碱中。这种色散作用和静电作用可能使季铵碱中阴、阳离子在的热扩散产生差异，使得纤维素基离子导体产生较大的热电电压，从而赋予纤维素/季铵碱基水凝胶具有通过Soret效应收集热能的能力。然而，这种基于纤维素的热能收集器件很少被报道。在本章中，以纤维素溶剂（苄基三甲基氢氧化铵和四甲基氢氧化铵）作为电解质，以纤维素作为水凝胶基体，通过溶解-再生的简单过程制备出具有优异的透明度、良好的导电性和柔性、良好的力学强度及低温耐受性的纤维素离子导体。由于纤维素和阳离子之间不同的相互作用，纤维素/苄基三甲基氢氧化铵水凝胶和纤维素/四甲基氢氧化铵水凝胶可用作p型和n型TEG。基于p型TEG的超级电容器显示了208.51 mF cm^-2的高比电容，并具有利用热能充电和为其他电子设备供电的能力。利用高热电性能的优势，柔性模块化的纤维素热电发电机在废弃热能、生物热能等热电转换、温度监测和温度控制等领域表现出巨大的潜力。

全文链接：Cellulose ionic conductor with tunable Seebeck coefficient for low-grade heat harvesting