温差电池是一种利用温度差异将热能直接转化为电能的装置。通常采用金属或半导体材料制作而成。金属制电池的赛贝克效应相对较小，适用于测量温度和辐射强度等用途。而半导体制电池的赛贝克效应更强，热能转电能效率更高，适合组成温差电堆作为小功率电源。温差电池的应用场景多样，包括航空航天、军事、通信等领域。

1821年，德国物理学家塞贝克（Seebeck）发现，当两种不同的金属导体接成闭合电路时，若两个接点处于不同温度环境中，电路中会出现电流，这一现象被称为塞贝克效应。此后，热电效应的相关研究不断发展，如1834年法国物理学家帕尔帖（Peltier）发现的帕尔帖效应，以及1856年由英国物理学家汤姆逊（William Thomson，即威廉·汤姆森）提出的汤姆逊效应。近年来，随着能源与环境问题的凸显，温差电技术再次成为研究热点。

温差电池的工作原理基于塞贝克效应，即当两种不同金属导体的接触点处于不同温度时，会在回路中产生电流。对于半导体材料制成的电池，其赛贝克效应更为显著，可用于温差发电。具体而言，将N型和P型半导体的一端结合并置于高温状态，另一端保持低温，高温端的热激发作用会使空穴和电子向低温端扩散，从而在低温端形成电压。通过将多对N型和P型半导体连接，可以获得更高的电压，形成温差发电机。

早期的温差发电机于1942年由苏联研制成功，发电效率约为1.5%-2%。自20世纪60年代起，温差电技术在航天飞行器、军事和海洋勘探等领域得到了广泛应用。近年来，随着科技的进步，温差发电机的应用范围不断扩大，除了军事和高科技领域，也在民用方面展现出良好前景。特别是在应对能源与环境危机方面，科学家们正在积极研究如何利用低品位和废热资源发电，部分成果已经进入产业化阶段。

自1969年阿波罗飞船飞船成功登月以来，人类对太空的探索一直在持续。随着探索深度的增加，对太空电池的要求也越来越高。在远离太阳、寒冷、黑暗和真空的环境中，太阳能电池难以发挥作用。相比之下，放射性同位素温差发电系统因其热源稳定、结构紧凑、性能可靠、寿命长等特点，成为了理想的电源选择。一枚硬币大小的放射性同位素热源能够提供超过20年的连续电力供应，这对飞船的航行、通信和科学研究至关重要。

为了满足军队对电源系统轻便、灵活、易于充电的需求，美国能源部自1999年起开展了“能源收获科学与技术项目”，旨在利用温差发电模块收集士兵的体温，用于电池充电。该项目的目标是在12小时的战斗任务中至少生产250瓦时的电量，目前已取得多项研究成果。

温差电技术以其稳定性、免维护特性，在发电和输电困难的偏远地区发挥了重要作用。已在基地、沙漠、森林等地的微波中继站电源、远程无线电接收装置、自动气象站、无人航标灯、管道阴极保护等方面得到应用。

温差发电机体积小、重量轻、无振动、无噪音，特别适合用作小功率电源（小于5W）。在无人值守的传感器、短程通讯装置、医疗和生理学研究所需的微小型发电机、传感电路、逻辑门和纠错电路等领域，温差技术都具有独特的应用价值。

基于热电转换材料的塞贝克效应，许多新型温差电传感器已经被研制出来，应用于低温温度测量、单像素红外线和X射线探测、氢气及其他可燃气体泄漏检测等领域。