Il foglio di elettrodi di un dispositivo termoelettrico è costituito da idrogel ionico, che viene inserito tra gli elettrodi per formarlo, e il blu di Prussia sull'elettrodo subisce una reazione redox per migliorare la densità di energia e la densità di potenza del generatore termoelettrico ionico.
Una nuova ricerca su questo argomento appare in Progressi sui materiali energetici.
Il prof. Zeng Wei dell'Istituto di ingegneria chimica dell'Accademia delle scienze di Guangdong, ha affermato che all'inizio il gruppo di ricerca ha condotto principalmente studi basati sull'effetto di diffusione termica e ha pubblicato una serie di risultati della ricerca. Nonostante ciò, i loro risultati non hanno mai prodotto l’effetto atteso e la prospettiva di un’applicazione pratica non era ottimistica.
Successivamente si tentò di apportare un ulteriore potenziamento sulla base dell'effetto della corrente termica; cioè incorporare la reazione redox dell'elettrodo. La ragione di ciò è che l'effetto della corrente termica è redox nell'elettrolita, quindi il guadagno e la perdita di elettroni si verificano principalmente nella soluzione e la migrazione degli elettroni nell'elettrolita verso l'elettrodo non solo è più difficile, ma deve anche essere percorrere una distanza, il che porterà sia a una minore efficienza di conversione che a una perdita inefficace di elettroni.
Se l’ossidoriduzione può essere ottenuto direttamente sugli elettrodi, cioè se agli ioni viene consentito di raggiungere gli elettrodi e poi subire reazioni di ossidoriduzione in modo termicamente indotto, anziché essere guidati da una corrente elettrica, la distanza percorsa dagli elettroni può essere molto elevata. ben ridotta, con conseguenti elevate efficienze di conversione termoelettrica e un significativo aumento del tempo in cui il dispositivo termoelettrico può fornire energia al mondo esterno.
“In questo lavoro la densità di potenza istantanea ha raggiunto i 3.7 mW/m2K2. Inoltre, la densità di energia in uscita era di 194 J/m2 per 2 ore ad un gradiente di temperatura di 10 K, e l’efficienza relativa di Carnot era pari allo 0.12% ad una temperatura del lato caldo (TH) di 30°C e una temperatura del lato freddo (TC) di 20°C," Zeng ha detto.
Pertanto, in termini di applicazioni, il dispositivo è già in grado di alimentare continuamente dispositivi elettronici come dispositivi elettronici indossabili e sensori. Inoltre, il team vorrebbe ampliare ulteriormente le applicazioni, come l'utilizzo del dispositivo per sistemi di energia solare fototermica e recupero di calore all'esterno delle pareti degli edifici; nello specifico, la temperatura alla quale la luce solare colpisce un pannello solare è solitamente compresa tra 60 e 80 gradi Celsius, ovvero alcune decine di gradi Celsius di differenza dalla temperatura ambiente reale.
Se il dispositivo termoelettrico attualmente sviluppato viene collegato al retro del pannello solare, può convertire ulteriormente l’energia termica sprecata in elettricità, aumentando così l’efficienza della produzione di energia solare. Utilizzando i dispositivi per il recupero del calore all'esterno delle murature dell'edificio è possibile realizzare lo scopo di alimentare l'edificio stesso.
Parlando del piano di follow-up di questa ricerca, Zeng ha affermato che attualmente l'uso principale della polianilina per modificare l'elettrodo, le sue caratteristiche redox e la capacità è relativamente limitato. Pertanto, il prossimo passo è trovare più materiali che corrispondano al potenziale termico oggetto di studio per aumentare ulteriormente la densità degli elettrodi redox e la produzione di energia verso il mondo esterno.
Allo stesso tempo, il team prevede anche di migliorare la capacità specifica degli elettrodi e di aumentare la superficie specifica per aumentare meglio il rapporto di capacità degli elettrodi. Inoltre, continueranno a ottimizzare la progettazione strutturale dell’idrogel stesso e ad ampliare la scelta dei materiali.
Altri contributori includono Xia Yang, Dongyu Zhu, Università di Guangdong Tecnologia; Fei Wang, Chen Wu e Jianchao Jia, Istituto di ingegneria chimica, Accademia delle scienze del Guangdong; e Jin Liu, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Università della Scienza e della Tecnologia di Hong Kong.