Die Elektrodenfolie eines thermoelektrischen Geräts besteht aus ionischem Hydrogel, das zwischen den Elektroden angeordnet ist, und das Berliner Blau auf der Elektrode durchläuft eine Redoxreaktion, um die Energiedichte und Leistungsdichte des ionischen thermoelektrischen Generators zu verbessern.
Neue Forschungsergebnisse zu diesem Thema erscheinen in Fortschritte beim Energiematerial.
Prof. Zeng Wei vom Institut für Chemieingenieurwesen der Guangdong Academy of Sciences sagte, dass das Forschungsteam zu Beginn hauptsächlich Studien durchgeführt habe, die auf dem Thermodiffusionseffekt basierten, und eine Reihe von Forschungsergebnissen veröffentlicht habe. Trotzdem zeigten ihre Ergebnisse nie die erwartete Wirkung und die Aussicht auf eine praktische Anwendung war nicht optimistisch.
Später versuchten sie, eine weitere Verbesserung auf Basis des thermischen Stromeffekts vorzunehmen; das heißt, die Redoxreaktion der Elektrode einzubeziehen. Der Grund dafür ist, dass der thermische Stromeffekt Redox im Elektrolyten ist, sodass der Gewinn und Verlust von Elektronen hauptsächlich in der Lösung erfolgt und die Wanderung der Elektronen im Elektrolyten zur Elektrode nicht nur schwieriger, sondern auch notwendig ist Sie legen eine Strecke zurück, was sowohl zu einer geringeren Umwandlungseffizienz als auch zu einem ineffektiven Elektronenverlust führt.
Wenn Redox direkt an den Elektroden erreicht werden kann, das heißt, wenn Ionen die Elektroden erreichen und dann auf thermisch induzierte Weise Redoxreaktionen eingehen können, anstatt durch einen elektrischen Strom angetrieben zu werden, kann die von den Elektronen zurückgelegte Distanz sehr groß sein gut reduziert, was zu hohen Wirkungsgraden der thermoelektrischen Umwandlung und einer erheblichen Verlängerung der Zeit führt, in der das thermoelektrische Gerät die Außenwelt mit Strom versorgen kann.
„In dieser Arbeit erreichte die momentane Leistungsdichte 3.7 mW/m2K2. Darüber hinaus betrug die Ausgangsenergiedichte 194 J/m2 für 2 Stunden bei einem Temperaturgradienten von 10 K, und der relative Carnot-Wirkungsgrad betrug bis zu 0.12 % bei einer Temperatur auf der heißen Seite (TH) von 30 °C und einer Temperatur auf der kalten Seite (TC) von 20 °C.“ Sagte Zeng.
Daher ist das Gerät im Hinblick auf Anwendungen bereits in der Lage, elektronische Geräte wie tragbare Elektronikgeräte und Sensoren kontinuierlich mit Strom zu versorgen. Darüber hinaus möchte das Team die Einsatzmöglichkeiten weiter ausbauen, etwa durch den Einsatz des Geräts für photothermische Solarstromanlagen und die Wärmerückgewinnung außerhalb von Gebäudewänden; Konkret liegt die Temperatur, mit der Sonnenlicht auf ein Solarpanel trifft, normalerweise zwischen 60 und 80 Grad Celsius, was einem Unterschied von einigen zehn Grad Celsius zur tatsächlichen Umgebungstemperatur entspricht.
Wenn das derzeit entwickelte thermoelektrische Gerät an der Rückseite des Solarpanels angebracht wird, kann es die verschwendete Wärmeenergie weiter in Strom umwandeln und so die Effizienz der Solarenergieproduktion steigern. Durch den Einsatz von Geräten zur Wärmerückgewinnung außerhalb der Gebäudewände kann der Zweck der Energieversorgung des Gebäudes selbst realisiert werden.
Als er über den Folgeplan dieser Forschung sprach, sagte Zeng, dass der Haupteinsatz von Polyanilin zur Modifizierung der Elektrode, ihrer Redoxeigenschaften und ihrer Kapazität derzeit relativ begrenzt sei. Daher besteht der nächste Schritt darin, weitere Materialien zu finden, die dem untersuchten thermischen Potenzial entsprechen, um die Dichte der Redox-Elektroden und die Energieabgabe an die Außenwelt weiter zu erhöhen.
Gleichzeitig plant das Team auch, die spezifische Kapazität der Elektroden zu verbessern und die spezifische Oberfläche zu vergrößern, um das Kapazitätsverhältnis der Elektroden besser zu erhöhen. Darüber hinaus werden sie das strukturelle Design des Hydrogels selbst weiter optimieren und die Auswahl an Materialien erweitern.
Weitere Mitwirkende sind Xia Yang, Dongyu Zhu und die Guangdong-Universität Technologie; Fei Wang, Chen Wu und Jianchao Jia, Institut für Chemieingenieurwesen, Guangdong-Akademie der Wissenschaften; und Jin Liu, Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, Hong Kong University of Science and Technology.