西北工業(yè)大學(xué)李炫華團(tuán)隊發(fā)布光催化增強(qiáng)熱電材料研究成果

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 馮麗）記者從西北工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料學(xué)院納米能源材料研究中心李炫華教授團(tuán)隊提出光催化增強(qiáng)熱電材料的多功能器件設(shè)計思路，解決了熱化學(xué)電池長期面臨的電解質(zhì)離子大濃差難以構(gòu)建的關(guān)鍵難題，實現(xiàn)了功能器件電能和氫能的協(xié)同制備，為未來多元化能源的有效開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計提供了核心關(guān)鍵技術(shù)。該研究論文日前在《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表。

本論文中，西北工業(yè)大學(xué)2019級博士研究生王一瑾為第一作者，李炫華教授為唯一通訊作者。特拉華大學(xué)魏秉慶教授、英國倫敦瑪麗女王大學(xué)安娜博士、新加坡南洋理工大學(xué)黃文靜博士為論文的共同作者。

據(jù)了解，低品位熱能廣泛存在于環(huán)境和工業(yè)過程，例如太陽能、地?zé)崮埽约败囕v、工業(yè)、電子元器件發(fā)熱等，但由于缺乏經(jīng)濟(jì)高效的能源回收技術(shù)，該部分能量基本被廢棄。傳統(tǒng)的熱電技術(shù)在熱功率方面存在限制，通常僅能提供較低的熱功率。為克服這一限制，熱化學(xué)電池被提出并作為一種有效的替代品，可以提供更高的熱功率。

同時，根據(jù)理論分析，熱功率與氧化還原離子之間的熵差以及電池冷熱兩端的離子濃度差有關(guān)。如何提高熵差和離子濃度差成為解決熱化學(xué)電池的關(guān)鍵核心。然而迄今為止都沒有找到一個有效的方法，實現(xiàn)在熱化學(xué)電池中構(gòu)建大離子濃度差。

面對這一問題，李炫華團(tuán)隊采用鐵氰根和亞鐵氰根離子作為氧化還原電對，聚丙烯酸水凝膠作為基體。通過兩個氧化還原離子的協(xié)同優(yōu)化，成功獲得了當(dāng)前最高值2倍的熱功率。同時，系統(tǒng)的太陽能到氫能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.4%。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一個由36個單元組成的大面積光催化增強(qiáng)熱化學(xué)電池 (112平方厘米)，在西安進(jìn)行了實地測試。在室外光照6小時后，產(chǎn)生了4.4伏的開路電壓和20.1毫瓦的功率，同時產(chǎn)生0.5毫摩爾的氫氣和0.2毫摩爾的氧氣。這使得系統(tǒng)能夠滿足小型電子設(shè)備對電能的需求，同時也為氫能的產(chǎn)生提供了一種綠色、高效的解決方案。

這些優(yōu)勢使得光催化熱電技術(shù)為未來能源轉(zhuǎn)換和可持續(xù)發(fā)展提供了重要支持，這項多元化的能源利用技術(shù)也為未來科技的發(fā)展提供了更多可能性。