תא תרמוכימי אסימטרית לקצירת חום בדרגה נמוכה תחת פעולת איזותרמי

בכל מקום אנרגיה ברמה נמוכה (< 100 ° c) יכול להיות ממוחזרים והמרה לחשמל^1,2 אבל הוא בזבז. למרבה הצער, שחזור החום הוא עדיין אתגר גדול, כי המרת חום בדרגה נמוכה לחשמל הוא בדרך כלל לא יעיל בשל ההפרש בטמפרטורה נמוכה ואת האופי המופץ של מקורות חום³. מחקר אינטנסיבי נערך במצב מוצק תרמואלקטריים (TE) חומרים ומכשירים בעשורים האחרונים, אבל היישום מדרגי של התקנים TE במשטר חום בדרגה נמוכה מוגבל על ידי יעילות המרה נמוכה אנרגיה (η_E) של < 2%⁴.

גישות חלופיות המבוססות על השפעת הטמפרטורה על תאים אלקטרוכימי הוצעו כפתרון לבעיה זו, מכיוון שמקדם מקדם בתאי התרמואלקטרוכימי (α) הוא הרבה יותר גבוה מזה של TE מוליכים למחצה^5,6. תאים תרמוגלוון (TGC) מנצלים את האלקטרוליטים הפעילים מחדש בין שני אלקטרודות זהות כדי ליצור מתח על פני התא בעת החלת מעבר תרמי. הנפוץ מימית Fe (cn)₆^3-/Fe (cn)₆^4- אלקטרוליט ב tgcs דווח כי יש α של-1.4 mV/K ותשואה η_E של < 1%^7,8,9,10,11. עם זאת, TGCs סובלים את החיסרון של המוליכות היונית המסכנה של האלקטרוליט הנוזלי, שהוא סביב שלוש הזמנות של סדר גודל קטן יותר מאשר מוליכות אלקטרונית בחומרים TE. ניתן לשפר את המוליכות החשמלית, אך שיפור זה מלווה תמיד במוליכות תרמית גבוהה יותר, המובילה לטמפרטורת הצבע הנמוכה יותר. לפיכך, η_E של tgcs מוגבל באופן מיסודו בשל הסחר בין מוליכות האלקטרוליט הנוזלי לבין דרישת הטמפרטורה לתגובות התגובה הרצויה בכל צד של האלקטרודה.

המחזור האלקטרו-מרגאלי (trec)^12,13,14 מבוסס על מערכת הסוללה באמצעות שימוש מוצק נחושת המגלית (cuhcf) קתודה ו cu/cu⁺ אנודת נמסר לאחרונה. Trec מוגדר כתא כיס כדי לשפר את מוליכות האלקטרוליט, מראה α של-1.2 mV/K ולהגיע גבוה η_E של 3.7% (21% של η_קרנו) כאשר מופעל ב 60 ° c ו 10 ° c. עם זאת, מגבלה אחת של TREC היא כי החשמל החיצוני נדרש בתחילת התהליך כדי לחייב את האלקטרודות בכל מחזור תרמי, המוביל עיצובים מערכת מסובכים¹⁴. מגבלה זו אינה ניתנת להשגה, אך היא סובלת מיעילות המרה ירודה של < 1%¹³. מערכת ה-TREC ממחישה כי סוללה משנית של הנתרן (SIB)-סוג תא תרמותאי המורכב משני סוגים של אנגוס כחול פרוסי (PBA) עם ערכי α שונים יכולים הקציר חום פסולת. היעילות התרמית (η) מגדילה באופן פרופורציונלי עם ΔT. יתר על כן, η מגיע 1.08%, 3.19% ב ΔT = 30 K, 56 K בנפרד. הציקלוני תרמי משופר באמצעות Ni-תחליפי pba^15,16,17,18.

לחילופין, סוללת אמוניה מחודשת תרמית (trab) מעסיקה זוגות מבוססי נחושת החמצון [cu (NH3)₄^{2 +}/cu ו Cu (II)/cu] כי לפעול עם הטמפרטורה הפוכה הדרגתי על ידי מיתוג את הטמפרטורה של אלקטרוליט שיתוף עם אלקטרודות חיוביות ושליליות, אשר מייצרת η_E של 0.53% (13% של η_{קרנו עם זאת, מערכת זו מוגדרת עם שני טנקים מלא אלקטרוליט נוזלי, גרימת חימום וקירור באיטיות. כמו כן, זרם האמוניה במערכת יוצר חששות לגבי בטיחות, דליפה, ויציבות^19,20,21.}

כאן אנו מציגים תא תרמוכימי (בטק) אסיאני (בעתק) להמרת חום-לחשמל, שניתן לטעון בחום וחשמלית על-ידי חימום איזותרמי רציף מבלי לשמור על הדרגתי טמפרטורה בתצורה גיאומטרית או להחליף טמפרטורות במחזור תרמי. הבטק משתמש באלקטרודות אסימטריים, כולל הקתודה (GO) והוא האלקטרוליט (PANI) אנאודה, ו-KCl כמו האלקטרוליטים. זה טעון בחום באמצעות השפעה תרמו מדומה קיבולי של GO ולאחר מכן שוחרר עם תגובת חמצון של PANI. בעיקר, בטק מציג הα גבוהה של 4.1 mV/K ומשיגה η_E של 3.32%, הגבוה ביותר אי פעם השיגה ב 70 ° צ’ (25.3% η_carnot).