西北工業大學李炫華最新science：用于發電和制氫的原位光催化增強熱電電池

一、【導讀】

熱電池是一種利用熱電效應將熱能轉化為電能的裝置，熱電池系統被廣泛的應用在太陽能、地熱能、生物質能等領域中。然而，但傳統熱電技術受限于其較低的熱功率，熱電偶和熱擴散電池是兩種可提供高熱功率的有效替代技術。其中，基于離子熱擴散效應的熱擴散電池熱不連續的電輸出使其難以在實際應用中使用，而熱電偶電池（TGC）通過在一定溫度下工作，產生連續的電能，有巨大的應用前景。電池系統的有效性還受到氧化還原離子低濃度差異的限制，近年來，通過增加氧化還原離子的溶劑依賴性熵差可有效增強熱電勢。然而，由于氧化還原離子自發擴散到均勻狀態，TGC熱側和冷側之間氧化還原離子的濃度差在熱力學上極其不穩定。因此，為冷熱側之間的氧化還原離子構建高且連續的直流電，并解釋固有的直流調制機制仍是一個巨大的挑戰。

二、【成果掠影】

近日，西北工業大學李炫華教授團隊報道了一種在熱電池中使用光催化劑增強氧化還原反應的方法，以實現連續的氧化還原離子濃度梯度，從而更有效地將熱能轉化為電能和氫氣。這種新型的熱電池系統具有潛在的應用前景，為可再生能源的開發提供新的思路和方法。相關的研究成果以“In situ photocatalytically enhanced thermogalvanic cells for electricity and hydrogen production”為題發表在science上。

三、【核心創新點】

作者開發了一個原位系統，將光催化劑與熱電池集成在一起。使用光催化劑增強熱電池中的氧化還原反應。可以更有效地將熱能轉化為電能和氫氣。

四、【數據概覽】

圖1 ?原位光催化增強TGC中氧化還原離子的濃度梯度。 ??2023 AAAS

圖2 ?TGC和O_v-WO₃/TGC/S_v-ZIS的熱電性能。 ??2023 AAAS

圖3??光催化增強TGCs的工作原理的驗證。 ??2023 AAAS

圖4??一種大面積光催化增強的TGC。 ??2023 AAAS

五、【成果啟示】

綜上所述，作者設計了一種原位光催化增強熱電器件的設計。光催化增強的熱電器件通過原位誘導光催化過程得到證明，該過程在熱側和冷側產生了FeCN^4–和FeCN^3-離子的連續濃度梯度。該系統的熱電勢為8.2 mV K^-1，同時太陽能驅動的水分解，太陽能轉化為氫氣的效率高達0.4％，由36個單元組成的大面積發電機的功率輸出為20.1mW。這項研究為下一代新型的熱電池系統提供了新思路，為可再生能源的開發做出巨大貢獻。

文獻連接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg0164

本文由WYH供稿