Устройства ионного термоэлектрического преобразования для температуры, близкой к комнатной.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

Хорошо!

Пекинского технологического института Press Co., Ltd.

Ученые из Института химической инженерии Академии наук Гуандуна разработали новые твердотельные ионные термоэлектрические генераторы. Фото: Принципиальная схема устройства ионного термоэлектрического преобразования, подготовленная Институтом химической инженерии Академии наук Гуандуна, Китай.

× закрыть

Ученые из Института химической инженерии Академии наук Гуандуна разработали новые твердотельные ионные термоэлектрические генераторы. Фото: Принципиальная схема устройства ионного термоэлектрического преобразования, подготовленная Институтом химической инженерии Академии наук Гуандуна, Китай.

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.

Новое исследование по этой теме появляется в журнале Energy Material Advances.

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 теплового тока; 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/м2К2. Кроме того, плотность выходной энергии составила 194 Дж/м2 в течение 2 часов при градиенте температуры 10 К, а относительный КПД Карно достигал 0,12% при температура горячей стороны (TH) — 30°C, а температура 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, Технологический университет Гуандуна; 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.

Больше информации:
Ся Ян и др., Плотность энергии в ионных термоэлектрических генераторах с использованием прусских синих электродов, Energy Material Advances (2024). DOI: 10.34133/energymatadv.0089.

Предоставлено Пекинским технологическим институтом Press Co., Ltd.

2024-04-22 20:59:03


1713821037
#Устройства #ионного #термоэлектрического #преобразования #для #температуры #близкой #комнатной