臺(tái)大研究成果報(bào)導(dǎo)─工學(xué)院材料系劉振良教授團(tuán)隊(duì) 有機(jī)熱電材料與穿戴式發(fā)電元件研究

為實(shí)現(xiàn)2050淨(jìng)零碳排目標(biāo)並因應(yīng)全球暖化的威脅，各國(guó)紛紛投入綠色能源的開(kāi)發(fā)。臺(tái)灣在全球高科技產(chǎn)業(yè)中扮演著重要角色，隨著電力需求不斷增加，開(kāi)發(fā)新能源已成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。工業(yè)廢熱佔(zhàn)能源總量的50%以上，其中超過(guò)6成為低溫廢熱（低於100℃）。若能有效回收這些廢熱，不僅能產(chǎn)生可觀的電能，還能顯著降低碳排放量。熱電材料可以將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，且在轉(zhuǎn)換過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何噪音和震動(dòng)。此外，將熱電元件置於穩(wěn)定的溫差環(huán)境中，理論上可持續(xù)產(chǎn)生電能，這些優(yōu)勢(shì)使熱電材料日益受到產(chǎn)官學(xué)界的重視。

臺(tái)灣大學(xué)工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)系教授劉振良研究團(tuán)隊(duì)致力於開(kāi)發(fā)有機(jī)熱電材料，以解決無(wú)機(jī)熱電材料存在的低Seebeck係數(shù)（即單位溫差下元件所產(chǎn)生的電位差）、毒性疑慮、低延展性及不易加工等缺點(diǎn)。研究成果已應(yīng)用於微型家電廢熱回收與穿戴式發(fā)電裝置等具有持續(xù)溫差的場(chǎng)域。研究重點(diǎn)涵蓋以下3個(gè)熱電材料系統(tǒng)：

一、 有機(jī)共軛高分子材料：藉由調(diào)控有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的分子排列，並讓有機(jī)摻雜物有效進(jìn)入排列間隙，大幅提升熱電材料的電子導(dǎo)電度，使功率因子達(dá)到22.4 mW m^-1K^-2（已於2024年發(fā)表於Journal of Materials Chemistry A）。

二、 有機(jī)?無(wú)機(jī)熱電奈米複合物：zT值是評(píng)估熱電元件效率的重要指標(biāo)，目前熱電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)在於如何維持高導(dǎo)電度的同時(shí)降低熱導(dǎo)係數(shù)。此奈米複合物系統(tǒng)結(jié)合低熱導(dǎo)係數(shù)的共軛微孔聚合物與高導(dǎo)電度的奈米碳管，開(kāi)發(fā)出zT值為0.13的N型熱電元件（已於2024年發(fā)表於Advanced Functional Materials）。

三、 膠態(tài)熱電化學(xué)電池：此系統(tǒng)以氧化還原對(duì)結(jié)合明膠衍生物做為準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，成功開(kāi)發(fā)出Seebeck係數(shù)為21.6 mV K^-1之高性能熱電元件，在串聯(lián)9個(gè)元件並於9 ℃的溫差下，成功驅(qū)動(dòng)單顆1.5 V的LED元件（已於2024年發(fā)表於Materials Today Energy）。

研究團(tuán)隊(duì)未來(lái)將持續(xù)透過(guò)新型材料的開(kāi)發(fā)與製程改進(jìn)，提升元件的轉(zhuǎn)換效率，並開(kāi)發(fā)適用於穿戴式裝置的熱電發(fā)電模組，為穿戴式裝置提供潛在的能源解決方案。