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                  我国学者在低成本高效液态热化学电池领域取得进展

                  日期 2020-09-23   来源:工程与材料科学部   作者:陈克新 熊杰  【 】   【打印】   【关闭

                  (A)热敏性晶体诱导可持续离子浓度梯度示意图 (B,C)热敏性晶体材料沉淀及其分子结构 (D)该工作与文献报道相对卡诺循环效率↙比较  (E)器件模组(插图)为智能手机充电

                  图.高效液态热化学电池工作机理、性能及器件展示

                    在国家自然科学基金项目(批准号:51672097)资助下,华中科技大学武汉光电国家研究中心周军教授团队提出热敏性晶体材料诱导可持续离子浓度梯度的科学思想,成功开发出低成本、高效液态热化学电池,用于低品位热能转换。研究成果以“热敏性结晶提升液态热化学电池用于低品位热收集(Thermosensitive-crystallization boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting)”为题,于2020年9月11日在线发表于《科学》(Science)期刊上。论文链接:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/09/09/science.abd6749?rss=1。

                    低品位热能(<100℃)广泛存在于工业产生和自然环境中,但由于缺乏经济高效的能』源回收技术,该部分能量基本被废弃。液态热化学电池被认为是一种低成本、易放大的热电转换技术。据预测,热化学电池的相对卡诺循环效率若达到5%以上即有望实现商业化应用。但由于塞贝克系数、热导率以及电导率三个热电参数强耦合,使得热化@学电池效率的提升存在巨大挑战,至今仍无法跨过这一门@ 槛(此前最高相对卡诺循环效率为~3.95%)。

                    该团队创造性提出了利用热敏性晶体材料诱导可持续离子浓度梯度的科学思想。胍离子与亚铁氰根离子结合形成的全新热敏性晶体材料——亚铁氰钾胍水合物(K2(C(NH2)3)2Fe(CN)6·6H2O)具有低的晶格能以及高的溶解熵,展现出优异的溶解度温敏性。由于热敏性晶体材料的引入,50℃温差条件下可在热电池两端形成高达47倍离子浓差,相应塞贝克系数从基准体系的1.4 mV K-1提升至3.73 mV K-1。此外,由于器件热端还存在大量未溶解的晶体沉淀物,从◢而可极大地抑制溶液对流,大幅降低有效热导率。基于以上两点原因,实现了热化学电池效率的大幅度提升,获得了目前热化学电池领域最高相对卡诺循环效率11.1%。进一步地,该团队还开发出热化学电池模组原型,在50℃温差条件下驱动了多种商业化电子器件,并实现了为智能手机充电。

                    本工作提出了解耦↓液态热化学电池强关联热电参数的科学思想,为该领域的发展提供了重要科学指导,也为低品位热能廉价高效转换☉提供了崭新途Ψ径。