Накопление холода испарения и термоэлектрический сбор энергии с использованием тандемной структуры «гидрогель — фазопереходный материал — термоэлектрический генератор»

В статье представлена тандемная структура «гидрогель — фазопереходный материал (PCM) — термоэлектрический генератор (TEG)» для накопления холода, обусловленного испарением, и сбора электрической энергии. Слой гидрогеля обеспечивает испарение воды в условиях окружающей среды, создавая охлаждающий эффект и тем самым генерируя «энергию холода». Эта энергия запасается в слое PCM в виде скрытой энергии, поддерживая стабильный температурный градиент без изменения объема и утечек. Интегрированный TEG преобразует этот градиент в электричество как на стадии зарядки (охлаждение, вызванное испарением, и затвердевание PCM), так и на стадии разрядки (плавление PCM и выделение теплоты), обеспечивая генерацию энергии в обеих фазах. Экспериментальные результаты демонстрируют максимальную выходную мощность 1,6 мВт и удельную мощность 100 мкВт/см² в условиях окружающей среды без подвода энергии. Кроме того, для полностью заряженного PCM в условиях окружающей среды получены средняя выходная мощность 0,3 мВт и удельная мощность 19 мкВт/см²; эффективность охлаждения при этом снижает температуру поверхности TEG максимум на 5 °C. В статье впервые продемонстрированы одновременное накопление и использование тепловой энергии испарения для генерации электричества. Предложенная инновационная конструкция объединяет испарительное охлаждение, накопление скрытой энергии и термоэлектрическое преобразование, способствуя развитию устойчивых энергетических решений для сред с низкопотенциальным теплом и обеспечивая эффективное питание портативной электроники.