Электродный лист термоэлектрического устройства состоит из ионного гидрогеля, который зажат между электродами для формирования, а берлинская лазурь на электроде подвергается окислительно-восстановительной реакции для улучшения плотности энергии и плотности мощности ионного термоэлектрического генератора.
Новые исследования на эту тему появляются в Достижения в области энергетических материалов.
Профессор Цзэн Вэй из Института химического машиностроения Академии наук Гуандуна рассказал, что вначале исследовательская группа в основном проводила исследования, основанные на эффекте термодиффузии, и опубликовала серию результатов исследований. Несмотря на это, их результаты так и не дали ожидаемого эффекта, а перспективы практического применения не были оптимистичными.
Позже они попытались сделать дальнейшее усовершенствование на основе эффекта термотока; то есть включить окислительно-восстановительную реакцию электрода. Причина этого в том, что эффект термического тока является окислительно-восстановительным в электролите, поэтому прирост и потеря электронов в основном происходят в растворе, а электронам в электролите мигрировать к электроду не только труднее, но и необходимо пройти расстояние, что приведет как к снижению эффективности преобразования, так и к неэффективной потере электронов.
Если окислительно-восстановительный процесс может быть достигнут непосредственно на электродах, то есть если ионам позволяют достигать электродов и затем подвергаться окислительно-восстановительным реакциям термически индуцированным образом, а не под воздействием электрического тока, расстояние, пройденное электронами, может быть очень большим. хорошо снижается, что приводит к высокой эффективности термоэлектрического преобразования и значительному увеличению времени, в течение которого термоэлектрическое устройство может подавать энергию во внешний мир.
«В этой работе мгновенная плотность мощности достигла 3.7 мВт/м.2K2. Кроме того, плотность выходной энергии составила 194 Дж/м.2 в течение 2 часов при температурном градиенте 10 К, а относительная эффективность Карно достигала 0.12% при температуре горячей стороны (TH) 30°C и температуре холодной стороны (TC) 20°C». - сказал Цзэн.
Таким образом, с точки зрения приложений устройство уже способно непрерывно питать электронные устройства, такие как носимая электроника и датчики. Кроме того, команда хотела бы еще больше расширить сферу применения, например, использовать устройство для солнечных фототермальных энергетических систем и рекуперации тепла за стенами зданий; в частности, температура, при которой солнечный свет попадает на солнечную панель, обычно составляет от 60 до 80 градусов Цельсия, что на несколько десятков градусов отличается от реальной температуры окружающей среды.
Если разработанное в настоящее время термоэлектрическое устройство прикрепить к задней части солнечной панели, оно сможет дополнительно преобразовывать потерянную тепловую энергию в электричество, тем самым повышая эффективность выработки солнечной энергии. Используя устройства рекуперации тепла за пределами стен здания, можно реализовать энергоснабжение самого здания.
Говоря о дальнейшем плане этого исследования, Цзэн сказал, что в настоящее время основное использование полианилина для модификации электрода, его окислительно-восстановительных характеристик и емкости относительно ограничено. Поэтому следующим шагом будет поиск большего количества материалов, соответствующих изучаемому тепловому потенциалу, для дальнейшего увеличения плотности окислительно-восстановительных электродов и вывода энергии во внешний мир.
В то же время команда также планирует улучшить удельную емкость электродов и увеличить удельную поверхность, чтобы лучше увеличить коэффициент емкости электродов. Кроме того, они продолжат оптимизировать структурную конструкцию самого гидрогеля и расширять выбор материалов.
Среди других участников — Ся Ян, Дунъюй Чжу, Гуандунский университет. Технологии; Фей Ван, Чэнь Ву и Цзяньчао Цзя, Институт химической инженерии Академии наук Гуандуна; и Цзинь Лю, факультет машиностроения и аэрокосмической техники Гонконгского университета науки и технологий.