Tấm điện cực của thiết bị nhiệt điện bao gồm hydrogel ion, được kẹp giữa các điện cực để tạo thành và màu xanh Phổ trên điện cực trải qua phản ứng oxi hóa khử để cải thiện mật độ năng lượng và mật độ năng lượng của máy phát nhiệt điện ion.
Nghiên cứu mới về chủ đề này xuất hiện trong Tiến bộ vật liệu năng lượng.
Giáo sư Zeng Wei thuộc Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Quảng Đông cho biết, thời gian đầu, nhóm nghiên cứu chủ yếu thực hiện nghiên cứu dựa trên hiệu ứng khuếch tán nhiệt và công bố một loạt kết quả nghiên cứu. Mặc dù vậy, kết quả của họ chưa bao giờ mang lại hiệu quả như mong đợi và triển vọng ứng dụng thực tế cũng không mấy lạc quan.
Sau đó, họ cố gắng cải tiến hơn nữa trên cơ sở hiệu ứng dòng nhiệt; nghĩa là kết hợp phản ứng oxi hóa khử của điện cực. Nguyên nhân là do tác dụng của dòng nhiệt là oxi hóa khử trong chất điện phân nên sự tăng giảm electron chủ yếu xảy ra trong dung dịch, và việc các electron trong chất điện phân di chuyển đến điện cực không những khó khăn hơn mà còn cần phải di chuyển một khoảng cách, điều này sẽ dẫn đến hiệu suất chuyển đổi thấp hơn và sự mất điện tử không hiệu quả.
Nếu quá trình oxi hóa khử có thể đạt được trực tiếp ở các điện cực, nghĩa là nếu các ion được phép tiếp cận các điện cực và sau đó trải qua các phản ứng oxi hóa khử theo cách cảm ứng nhiệt, thay vì bị điều khiển bởi dòng điện, thì quãng đường di chuyển của các electron có thể rất lớn. giảm tốt, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện cao và tăng đáng kể thời gian mà thiết bị nhiệt điện có thể cung cấp điện cho thế giới bên ngoài.
“Trong công trình này, mật độ công suất tức thời đạt tới 3.7 mW/m2K2. Ngoài ra, mật độ năng lượng đầu ra là 194 J/m2 trong 2 giờ ở gradient nhiệt độ 10 K và hiệu suất tương đối của Carnot cao tới 0.12% ở nhiệt độ phía nóng (TH) là 30°C và nhiệt độ phía lạnh (TC) là 20°C,” Tăng nói.
Do đó, về mặt ứng dụng, thiết bị này đã có khả năng cấp nguồn liên tục cho các thiết bị điện tử như thiết bị điện tử đeo được và cảm biến. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu mong muốn mở rộng hơn nữa các ứng dụng, chẳng hạn như sử dụng thiết bị cho hệ thống quang nhiệt mặt trời và thu hồi nhiệt bên ngoài tường tòa nhà; Cụ thể, nhiệt độ mà ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời thường nằm trong khoảng từ 60 đến 80 độ C, chênh lệch vài chục độ C so với nhiệt độ thực tế của môi trường.
Nếu thiết bị nhiệt điện hiện đang được phát triển được gắn vào mặt sau của tấm pin mặt trời, nó có thể chuyển đổi thêm năng lượng nhiệt lãng phí thành điện năng, do đó làm tăng hiệu quả sản xuất năng lượng mặt trời. Bằng cách sử dụng các thiết bị thu hồi nhiệt bên ngoài các bức tường của tòa nhà, mục đích cung cấp năng lượng cho chính tòa nhà có thể được thực hiện.
Nói về kế hoạch tiếp theo của nghiên cứu này, Zeng cho biết hiện tại, công dụng chính của polyaniline để biến đổi điện cực là đặc tính và khả năng oxi hóa khử của nó tương đối hạn chế. Vì vậy, bước tiếp theo là tìm kiếm thêm những vật liệu tương ứng với thế nhiệt đang nghiên cứu để tăng thêm mật độ của các điện cực oxi hóa khử và năng lượng tỏa ra thế giới bên ngoài.
Đồng thời, nhóm nghiên cứu cũng có kế hoạch cải thiện điện dung riêng của các điện cực và tăng diện tích bề mặt riêng để tăng tỷ lệ công suất của các điện cực tốt hơn. Ngoài ra, họ sẽ tiếp tục tối ưu hóa thiết kế cấu trúc của hydrogel và mở rộng sự lựa chọn vật liệu.
Những người đóng góp khác bao gồm Xia Yang, Dongyu Zhu, Đại học Quảng Đông Công nghệ; Fei Wang, Chen Wu và Jianchao Jia, Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Khoa học Quảng Đông; và Jin Liu, Khoa Cơ khí và Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông.