تتكون لوحة القطب الكهربائي لجهاز كهروحراري من هيدروجيل أيوني، والذي يقع بين الأقطاب الكهربائية لتكوينه، ويخضع اللون الأزرق البروسي الموجود على القطب لتفاعل الأكسدة والاختزال لتحسين كثافة الطاقة وكثافة الطاقة للمولد الكهربائي الحراري الأيوني.
يظهر بحث جديد حول هذا الموضوع في تقدم مواد الطاقة.
وقال البروفيسور تسنغ وي من معهد الهندسة الكيميائية بأكاديمية قوانغدونغ للعلوم، إنه في البداية، أجرى فريق البحث بشكل أساسي دراسة تعتمد على تأثير الانتشار الحراري ونشر سلسلة من نتائج البحث. وعلى الرغم من ذلك، فإن نتائجها لم تحقق التأثير المتوقع مطلقًا، كما أن آفاق التطبيق العملي لم تكن متفائلة.
وفي وقت لاحق، حاولوا إجراء مزيد من التحسينات على أساس تأثير التيار الحراري؛ وهذا يعني دمج تفاعل الأكسدة والاختزال في القطب. والسبب في ذلك هو أن تأثير التيار الحراري هو الأكسدة والاختزال في المنحل بالكهرباء، وبالتالي فإن اكتساب وخسارة الإلكترونات يحدث بشكل رئيسي في المحلول، كما أن انتقال الإلكترونات الموجودة في المنحل بالكهرباء إلى القطب ليس أكثر صعوبة فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى السفر لمسافة، مما سيؤدي إلى انخفاض كفاءة التحويل وفقدان غير فعال للإلكترونات.
إذا كان من الممكن تحقيق الأكسدة والاختزال مباشرة عند الأقطاب الكهربائية، أي إذا تم السماح للأيونات بالوصول إلى الأقطاب الكهربائية ثم الخضوع لتفاعلات الأكسدة والاختزال بطريقة مستحثة حراريًا، بدلاً من أن تكون مدفوعة بتيار كهربائي، فإن المسافة التي تقطعها الإلكترونات يمكن أن تكون كبيرة جدًا تم تقليله بشكل جيد، مما أدى إلى كفاءة عالية في التحويل الكهروحراري وزيادة كبيرة في الوقت الذي يستطيع فيه الجهاز الكهروحراري توفير الطاقة للعالم الخارجي.
"في هذا العمل وصلت كثافة الطاقة اللحظية إلى 3.7 ميجاوات/م2K2. بالإضافة إلى ذلك، كانت كثافة الطاقة الناتجة 194 جول/م2 لمدة ساعتين عند درجة حرارة تدرج تبلغ 2 كلفن، وكانت الكفاءة النسبية لكارنو تصل إلى 10% عند درجة حرارة الجانب الساخن (TH) البالغة 0.12 درجة مئوية ودرجة حرارة الجانب البارد (TC) البالغة 30 درجة مئوية". قال تسنغ.
لذلك، من حيث التطبيقات، فإن الجهاز قادر بالفعل على تشغيل الأجهزة الإلكترونية بشكل مستمر مثل الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء. بالإضافة إلى ذلك، يرغب الفريق في توسيع نطاق التطبيقات، مثل استخدام الجهاز لأنظمة الطاقة الشمسية الضوئية الحرارية واستعادة الحرارة خارج جدران المبنى؛ على وجه التحديد، تتراوح درجة الحرارة التي يضرب فيها ضوء الشمس اللوحة الشمسية عادةً بين 60 و80 درجة مئوية، وهو ما يمثل فرقًا ببضع عشرات من الدرجات المئوية عن درجة الحرارة المحيطة الحقيقية.
إذا تم توصيل الجهاز الحراري المطور حاليًا بالجزء الخلفي من اللوحة الشمسية، فيمكنه تحويل الطاقة الحرارية المهدرة إلى كهرباء، وبالتالي زيادة كفاءة إنتاج الطاقة الشمسية. باستخدام أجهزة استعادة الحرارة خارج جدران المبنى، يمكن تحقيق غرض تزويد المبنى نفسه بالطاقة.
وفي معرض حديثه عن خطة متابعة هذا البحث، قال تسنغ إن الاستخدام الرئيسي للبوليانيلين في الوقت الحاضر لتعديل القطب وخصائص الأكسدة والاختزال وقدرته محدود نسبيًا. ولذلك، فإن الخطوة التالية هي العثور على المزيد من المواد التي تتوافق مع الإمكانات الحرارية قيد الدراسة لزيادة كثافة أقطاب الأكسدة والاختزال وإخراج الطاقة إلى العالم الخارجي.
وفي الوقت نفسه، يخطط الفريق أيضًا لتحسين السعة النوعية للأقطاب الكهربائية وزيادة مساحة السطح المحددة لزيادة نسبة سعة الأقطاب الكهربائية بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، سيستمرون في تحسين التصميم الهيكلي للهيدروجيل نفسه وتوسيع نطاق اختيار المواد.
ومن بين المساهمين الآخرين شيا يانغ، ودونجيو تشو، وجامعة قوانغدونغ تكنولوجيا; وفاي وانغ، وتشن وو، وجيانتشاو جيا، معهد الهندسة الكيميائية، أكاديمية قوانغدونغ للعلوم؛ وجين ليو، قسم الهندسة الميكانيكية وهندسة الفضاء الجوي، جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا.