Lembaran elektrod peranti termoelektrik terdiri daripada hidrogel ionik, yang diapit di antara elektrod untuk membentuk, dan biru Prusia pada elektrod mengalami tindak balas redoks untuk meningkatkan ketumpatan tenaga dan ketumpatan kuasa penjana termoelektrik ionik.
Penyelidikan baharu mengenai topik ini muncul dalam Kemajuan Bahan Tenaga.
Madya Zeng Wei dari Institut Kejuruteraan Kimia, Akademi Sains Guangdong, berkata pada mulanya, pasukan penyelidik menjalankan kajian berdasarkan kesan resapan haba dan menerbitkan satu siri hasil penyelidikan. Walaupun begitu, keputusan mereka tidak pernah menyedari kesan yang diharapkan, dan prospek aplikasi praktikal tidak optimistik.
Kemudian, mereka cuba membuat peningkatan lanjut berdasarkan kesan arus haba; iaitu, untuk menggabungkan tindak balas redoks elektrod. Sebabnya ialah kesan arus haba adalah redoks dalam elektrolit, jadi keuntungan dan kehilangan elektron terutamanya berlaku dalam larutan, dan elektron dalam elektrolit untuk berhijrah ke elektrod bukan sahaja lebih sukar, tetapi juga perlu menempuh jarak, yang akan membawa kepada kecekapan penukaran yang lebih rendah dan kehilangan elektron yang tidak berkesan.
Jika redoks boleh dicapai secara langsung pada elektrod, iaitu, jika ion dibenarkan untuk mencapai elektrod dan kemudian menjalani tindak balas redoks dengan cara teraruh terma, dan bukannya didorong oleh arus elektrik, jarak yang dilalui oleh elektron boleh menjadi sangat dikurangkan dengan baik, menghasilkan kecekapan penukaran termoelektrik yang tinggi dan peningkatan ketara dalam masa peranti termoelektrik boleh membekalkan kuasa kepada dunia luar.
“Dalam kerja ini ketumpatan kuasa serta-merta mencapai 3.7 mW/m2K2. Di samping itu, ketumpatan tenaga keluaran ialah 194 J/m2 selama 2 jam pada kecerunan suhu 10 K, dan kecekapan relatif Carnot adalah setinggi 0.12% pada suhu sisi panas (TH) 30°C dan suhu sisi sejuk (TC) 20°C,” Zeng berkata.
Oleh itu, dari segi aplikasi, peranti itu sudah mampu menjana kuasa secara berterusan kepada peranti elektronik seperti elektronik boleh pakai dan penderia. Di samping itu, pasukan itu ingin meluaskan lagi aplikasi, seperti menggunakan peranti untuk sistem kuasa foto-terma suria dan pemulihan haba di luar dinding bangunan; khususnya, suhu di mana cahaya matahari mencecah panel solar biasanya antara 60 dan 80 darjah Celsius, iaitu beberapa puluh darjah Celsius perbezaan daripada suhu ambien sebenar.
Jika peranti termoelektrik yang dibangunkan pada masa ini dilekatkan pada bahagian belakang panel suria, ia boleh menukarkan lagi tenaga haba yang terbuang kepada elektrik, sekali gus meningkatkan kecekapan pengeluaran tenaga suria. Dengan menggunakan peranti untuk pemulihan haba di luar dinding bangunan, tujuan kuasa bangunan itu sendiri dapat direalisasikan.
Bercakap mengenai pelan susulan penyelidikan ini, Zeng berkata pada masa ini, penggunaan utama polianilin untuk mengubah suai elektrod, ciri dan kapasiti redoksnya agak terhad. Oleh itu, langkah seterusnya ialah mencari lebih banyak bahan yang sepadan dengan potensi haba yang dikaji untuk meningkatkan lagi ketumpatan elektrod redoks dan output tenaga ke dunia luar.
Pada masa yang sama, pasukan itu juga merancang untuk menambah baik kapasiti khusus elektrod dan meningkatkan luas permukaan khusus untuk meningkatkan nisbah kapasiti elektrod dengan lebih baik. Di samping itu, mereka akan terus mengoptimumkan reka bentuk struktur hidrogel itu sendiri dan meluaskan pilihan bahan.
Penyumbang lain termasuk Xia Yang, Dongyu Zhu, Universiti Guangdong Teknologi; Fei Wang, Chen Wu dan Jianchao Jia, Institut Kejuruteraan Kimia, Akademi Sains Guangdong; dan Jin Liu, Jabatan Kejuruteraan Mekanikal dan Aeroangkasa, Universiti Sains dan Teknologi Hong Kong.