利用超级电容器将低品位热能转化为电能进行储存，是一种高效的余热回收技术。本文，洛阳理工学院Zhe Yang、Shuocheng Sun等研究人员在《ACS Omega》期刊发表名为“Thermal Charging Supercapacitors Based on Graphene Films”的论文，研究制备了具有分级多孔结构的石墨烯薄膜，并以还原氧化石墨烯薄膜为电极材料设计了热充电超级电容器。在不同温度场作用下，超级电容器的工作电极与参比电极表面产生不同电位，从而形成两者间的输出电位差Uout。超级电容器的平衡电压Us随温差ΔT增加呈线性增长，并随溶液浓度升高而增强。采用0.1M KCl溶液时，其热电系数可达1.46 mV/°C。该系数随RGO薄膜厚度、面积及KCl溶液浓度增加而提升。放电测试表明，超级电容器的电容受温差影响较小，但显著受构成元件（如电解液浓度）影响。此外，提高温度和溶液浓度可有效降低超级电容器的内阻。
图1. Schematic diagram of electric double layer formed by two identical solid–liquid interfaces at different temperatures.
图2. (a) Preparation process of the RGO film. (b–g) SEM images of the cross-section of the RGO film.
图4. Schematic diagram of thermal charging supercapacitor.
在本研究中，我们通过氧化还原法与冷冻干燥法的结合，成功制备了具有“自组装”特性的还原氧化石墨烯（RGO）薄膜，并探讨了其在热充电超级电容器中的应用。主要成果总结如下：
成功制备了具有丰富微孔、均匀介孔及宏观穿孔结构的分级多孔RGO薄膜，该结构极大促进了离子的迁移与传输。
采用RGO薄膜与KCl电解液制备的超级电容器展现出高效的热充电能力。电容器的平衡电压(Us)与温差(ΔT)之间呈现显著线性相关性。值得注意的是，在0.1M KCl溶液中采用RGO-m3-d16电极时，器件达到1.46 mV/°C的峰值热电系数（ST），其他配置仅获得0.28 mV/°C和0.79 mV/°C。热电系数随电极高度与面积的增长，证实了累积电位形成的热活性区域得以扩展；其对电解液浓度的显著依赖性则凸显了热偏压下离子通量的关键作用。通过放电测试获得的电容值主要由系统内在结构决定，且基本不受温度变化影响。通过提高工作温度和电解液浓度可有效降低内阻。实际应用路径：尽管单个单元电压较低（ΔT=30°C时约40mV），但本文验证的高ST值是实际部署的关键参数。通过串联多个单元，输出电压可轻松扩展至实用水平（如1-3伏）。因此，本研究为未来低品位余热回收集成系统提供了基础设计规则与高性能构建模块。后续工作将包括：通过全面结构表征定量关联孔隙结构与器件性能，以及构建串联模块为电子设备供电。
文献: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c05958
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