열전소자의 전극 시트는 이온성 하이드로젤을 전극 사이에 끼워 형성하고, 전극 위의 프러시안 블루가 산화환원 반응을 하여 이온성 열전발전기의 에너지밀도와 전력밀도를 향상시키는 역할을 한다.
이 주제에 대한 새로운 연구는 에너지 소재 발전.
광둥과학원 화학공학연구소 Zeng Wei 교수는 연구팀은 초기에 주로 열확산 효과에 기반한 연구를 진행해 일련의 연구 결과를 발표했다고 말했다. 그럼에도 불구하고, 그 결과는 기대했던 효과를 결코 실현하지 못했고, 실제 적용 전망도 낙관적이지 않았습니다.
나중에 그들은 열 전류 효과를 기반으로 더욱 향상된 기능을 만들려고 노력했습니다. 즉, 전극의 산화환원 반응을 통합하는 것입니다. 그 이유는 열전류 효과가 전해질 내의 산화환원이기 때문에 전자의 이득과 손실이 주로 용액에서 일어나며, 전해질 내의 전자가 전극으로 이동하는 것이 더욱 어려울 뿐만 아니라, 거리를 이동하면 변환 효율이 낮아지고 전자가 비효율적으로 손실됩니다.
산화환원이 전극에서 직접 달성될 수 있다면, 즉 이온이 전극에 도달하도록 허용한 다음 전류에 의해 구동되지 않고 열적으로 유도된 방식으로 산화환원 반응을 겪는다면 전자가 이동한 거리는 매우 길어질 수 있습니다. 이를 통해 열전 변환 효율이 높아지고 열전 장치가 외부 세계에 전력을 공급할 수 있는 시간이 크게 늘어납니다.
“이 연구에서 순간 전력 밀도는 3.7mW/m에 도달했습니다.2K2. 또한, 출력에너지 밀도는 194 J/m2 온도 구배 2K에서 10시간 동안 가열측 온도(TH) 0.12°C, 냉측 온도(TC) 30°C에서 카르노 상대 효율이 20%로 높았습니다.” 젱이 말했다.
따라서 응용 분야 측면에서 이 장치는 이미 웨어러블 전자 장치 및 센서와 같은 전자 장치에 지속적으로 전력을 공급할 수 있습니다. 또한, 팀은 태양광 광열 발전 시스템 및 건물 벽 외부의 열 회수용 장치를 사용하는 등 응용 분야를 더욱 확대하고자 합니다. 구체적으로 태양광 패널에 햇빛이 닿는 온도는 일반적으로 섭씨 60~80도 사이로 실제 주변 온도와 수십 도 정도 차이가 난다.
현재 개발된 열전소자를 태양광 패널 뒷면에 부착하면 낭비되는 열에너지를 더욱 전기로 변환해 태양에너지 출력 효율을 높일 수 있다. 건물 벽 외부의 열회수 장치를 사용함으로써 건물 자체에 전력을 공급하는 목적을 실현할 수 있습니다.
Zeng은 이 연구의 후속 계획에 대해 현재 전극을 수정하기 위한 폴리아닐린의 주요 용도, 산화환원 특성 및 용량이 상대적으로 제한되어 있다고 말했습니다. 따라서 다음 단계는 산화환원 전극의 밀도와 외부 세계로의 에너지 출력을 더욱 높이기 위해 연구 중인 열 전위에 해당하는 더 많은 재료를 찾는 것입니다.
동시에 연구팀은 전극의 비정전용량을 개선하고 비표면적을 늘려 전극의 용량비를 더욱 높일 계획이다. 또한 하이드로겔 자체의 구조 설계를 지속적으로 최적화하고 소재 선택의 폭을 넓힐 예정이다.
다른 기여자로는 Xia Yang, Dongyu Zhu, Guangdong University of Technology; Fei Wang, Chen Wu 및 Jianchao Jia, 광동과학원 화학공학연구소; 그리고 홍콩 과학기술대학교 기계항공우주공학과 Jin Liu.