The transition to sustainable energy systems necessitates innovative approaches to energy generation, conversion, and utilization. This dissertation explores the integration of opto-thermal and ionic thermoelectric effects to develop energy-efficient solutions for thermal management and energy harvesting.

In this thesis, we explore how temperature gradients—established and controlled through opto-thermal processes—can drive ionic thermoelectric energy conversion and be leveraged for practical applications. By integrating solar heating, radiative cooling, and evaporative cooling effects, we aim to develop a comprehensive framework for managing thermal energy to enhance energy harvesting, storage, and utilization.

We begin by investigating how passive cooling and solar heating can be combined to generate temperature gradients, enabling continuous ionic thermoelectric energy conversion. By tuning the solar absorption and thermal radiation, we demonstrate a strategy to optimize temperature differentials for energy harvesting. Building on this study, we then introduce evaporative cooling as an additional mechanism to dynamically modulate temperature gradients. This allows for intermittent thermal regulation, which is particularly advantageous for applications requiring periodic thermal energy input, such as ionic thermoelectric supercapacitors (iTESCs).

With these controlled thermal gradients, we then explore their application in self-powered electronics. We develop an approach that directly applying the charging/discharging current signal from iTESCs to operate resistive sensors, demonstrating a pathway toward energy-autonomous sensing technologies. These sensors harness naturally occurring temperature variations to sustain operation, reducing reliance on external power sources.

Through this integrated approach, we establish a systematic methodology for utilizing solar-thermal-electrical pathways to drive energy applications. By coupling material design with energy conversion strategies, we hope the findings in this thesis advances the potential of ionic thermoelectric systems for sustainable power generation and adaptive energy management.

Övergången till hållbara energisystem kräver innovativa metoder för energigenerering, omvandling och användning. Denna avhandling undersöker integrationen av sol-termiska och joniska termoelektriska effekter för att utveckla energieffektiva lösningar för temperaturgradientgenerering, energiutvinning och reglering.

I denna studie utforskar vi hur temperaturgradienter – skapade och kontrollerade genom sol-termiska processer – kan driva jonisk termoelektrisk energiomvandling och utnyttjas för praktiska tillämpningar. Genom att integrera soluppvärmning, strålningskylning och avdunstningskylning strävar vi efter att utveckla en omfattande ram för hantering av termisk energi, med målet att förbättra energiutvinning, lagring och användning.

Vi börjar med att undersöka hur passiv kylning och kontrollerad soluppvärmning kan kombineras för att generera stabila temperaturgradienter, vilket möjliggör kontinuerlig jonisk termoelektrisk energiomvandling. Genom att finjustera balansen mellan solabsorption och värmeavledning demonstrerar vi en strategi för att optimera temperaturdifferenser för energiutvinning. Med denna kunskap introducerar vi sedan avdunstningskylning som en ytterligare mekanism för att dynamiskt modulera temperaturgradienter. Detta möjliggör intermittent termisk reglering, vilket är särskilt fördelaktigt för tillämpningar som kräver periodiskt energiintag, såsom joniska termoelektriska superkondensatorer (iTESCs).

Med dessa kontrollerade temperaturgradienter undersöker vi därefter deras tillämpning inom självförsörjande elektronik. Vi utvecklar en metod där laddnings- och urladdningsströmmen från iTESCs direkt används för att driva resistiva sensorer, vilket demonstrerar en väg mot energieffektiva och autonoma sensorsystem. Dessa sensorer utnyttjar naturliga temperaturvariationer för att upprätthålla drift och minskar därmed behovet av externa energikällor.

Genom detta integrerade tillvägagångssätt etablerar vi en systematisk metodologi för att utnyttja sol-termisk-elektriska processer för att driva energitillämpningar. Genom att koppla materialdesign till energiomvandlingsstrategier hoppas vi att resultaten i denna avhandling kan bidra till att utveckla joniska termoelektriska system för hållbar elproduktion och adaptiv energihantering.