La lámina de electrodo de un dispositivo termoeléctrico consta de hidrogel iónico, que se intercala entre los electrodos para formarse, y el azul de Prusia en el electrodo sufre una reacción redox para mejorar la densidad de energía y la densidad de potencia del generador termoeléctrico iónico.
Nuevas investigaciones sobre este tema aparecen en Avances materiales energéticos.
El profesor Zeng Wei del Instituto de Ingeniería Química de la Academia de Ciencias de Guangdong, dijo que al principio, el equipo de investigación llevó a cabo principalmente estudios basados en el efecto de difusión térmica y publicó una serie de resultados de investigación. A pesar de esto, sus resultados nunca produjeron el efecto esperado y las perspectivas de aplicación práctica no eran optimistas.
Posteriormente intentaron realizar una mejora adicional basándose en el efecto de la corriente térmica; es decir, incorporar la reacción redox del electrodo. La razón de esto es que el efecto de la corriente térmica es redox en el electrolito, por lo que la ganancia y pérdida de electrones ocurre principalmente en la solución, y los electrones en el electrolito migran al electrodo no solo es más difícil, sino que también necesitan recorrer una distancia, lo que conducirá a una menor eficiencia de conversión y a una pérdida ineficaz de electrones.
Si se puede lograr redox directamente en los electrodos, es decir, si se permite que los iones alcancen los electrodos y luego experimenten reacciones redox de manera inducida térmicamente, en lugar de ser impulsados por una corriente eléctrica, la distancia recorrida por los electrones puede ser muy bien reducido, lo que resulta en altas eficiencias de conversión termoeléctrica y un aumento significativo en el tiempo que el dispositivo termoeléctrico puede suministrar energía al mundo exterior.
“En este trabajo la densidad de potencia instantánea alcanzó 3.7 mW/m2K2. Además, la densidad de energía de salida fue de 194 J/m2 durante 2 horas a un gradiente de temperatura de 10 K, y la eficiencia relativa de Carnot fue tan alta como 0.12 % a una temperatura del lado caliente (TH) de 30 °C y una temperatura del lado frío (TC) de 20 °C”. Dijo Zeng.
Por lo tanto, en términos de aplicaciones, el dispositivo ya es capaz de alimentar continuamente dispositivos electrónicos como sensores y dispositivos electrónicos portátiles. Además, al equipo le gustaría ampliar aún más las aplicaciones, como por ejemplo el uso del dispositivo para sistemas de energía solar fototérmica y recuperación de calor fuera de las paredes de los edificios; En concreto, la temperatura a la que la luz solar incide sobre un panel solar suele estar entre 60 y 80 grados centígrados, lo que supone una diferencia de unas pocas decenas de grados centígrados con respecto a la temperatura ambiente real.
Si el dispositivo termoeléctrico desarrollado actualmente se coloca en la parte posterior del panel solar, puede convertir aún más la energía térmica desperdiciada en electricidad, aumentando así la eficiencia de la producción de energía solar. Utilizando los dispositivos para la recuperación de calor fuera de las paredes del edificio, se puede lograr el objetivo de alimentar el propio edificio.
Respecto al plan de seguimiento de esta investigación, Zeng dijo que en la actualidad, el uso principal de la polianilina para modificar el electrodo, sus características redox y su capacidad es relativamente limitado. Por tanto, el siguiente paso es encontrar más materiales que correspondan al potencial térmico estudiado para aumentar aún más la densidad de los electrodos redox y la salida de energía al mundo exterior.
Al mismo tiempo, el equipo también planea mejorar la capacitancia específica de los electrodos y aumentar el área de superficie específica para aumentar mejor la relación de capacidad de los electrodos. Además, seguirán optimizando el diseño estructural del propio hidrogel y ampliando la elección de materiales.
Otros contribuyentes incluyen a Xia Yang, Dongyu Zhu, Universidad de Guangdong de Tecnología; Fei Wang, Chen Wu y Jianchao Jia, Instituto de Ingeniería Química, Academia de Ciencias de Guangdong; y Jin Liu, Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.