臺大研究成果報導─工學院材料系劉振良教授團隊 有機熱電材料與穿戴式發電元件研究

為實現2050淨零碳排目標並因應全球暖化的威脅，各國紛紛投入綠色能源的開發。臺灣在全球高科技產業中扮演著重要角色，隨著電力需求不斷增加，開發新能源已成為一項迫切的任務。工業廢熱佔能源總量的50%以上，其中超過6成為低溫廢熱（低於100℃）。若能有效回收這些廢熱，不僅能產生可觀的電能，還能顯著降低碳排放量。熱電材料可以將熱能直接轉換為電能，且在轉換過程中不會產生任何噪音和震動。此外，將熱電元件置於穩定的溫差環境中，理論上可持續產生電能，這些優勢使熱電材料日益受到產官學界的重視。

臺灣大學工學院材料科學與工程學系教授劉振良研究團隊致力於開發有機熱電材料，以解決無機熱電材料存在的低Seebeck係數（即單位溫差下元件所產生的電位差）、毒性疑慮、低延展性及不易加工等缺點。研究成果已應用於微型家電廢熱回收與穿戴式發電裝置等具有持續溫差的場域。研究重點涵蓋以下3個熱電材料系統：

一、 有機共軛高分子材料：藉由調控有機材料的分子結構，可實現最優化的分子排列，並讓有機摻雜物有效進入排列間隙，大幅提升熱電材料的電子導電度，使功率因子達到22.4 mW m^-1K^-2（已於2024年發表於Journal of Materials Chemistry A）。

二、 有機−無機熱電奈米複合物：zT值是評估熱電元件效率的重要指標，目前熱電領域的研究重點在於如何維持高導電度的同時降低熱導係數。此奈米複合物系統結合低熱導係數的共軛微孔聚合物與高導電度的奈米碳管，開發出zT值為0.13的N型熱電元件（已於2024年發表於Advanced Functional Materials）。

三、 膠態熱電化學電池：此系統以氧化還原對結合明膠衍生物做為準固態電解質，成功開發出Seebeck係數為21.6 mV K^-1之高性能熱電元件，在串聯9個元件並於9 ℃的溫差下，成功驅動單顆1.5 V的LED元件（已於2024年發表於Materials Today Energy）。

研究團隊未來將持續透過新型材料的開發與製程改進，提升元件的轉換效率，並開發適用於穿戴式裝置的熱電發電模組，為穿戴式裝置提供潛在的能源解決方案。