Science | 变废为宝！华中科技大学周军团队开发新设备，在常温下高效地收集“废热”- 大数跨境

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Science | 变废为宝！华中科技大学周军团队开发新设备，在常温下高效地收集“废热”

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2020-09-12

导读：iNature低温度热量（373 K以下）普遍存在，但由于缺乏具有成本效益的回收技术而被浪费掉了。如果卡诺相

iNature

低温度热量（373 K以下）普遍存在，但由于缺乏具有成本效益的回收技术而被浪费掉了。如果卡诺相对效率（ηr）达到〜5％，液态热电偶（LTC）是一种廉价且可扩展的热电设备，可能在商业上可用于收集低温度的热能，这对于实验而言是一项具有挑战性的指标。

2020年9月10日，华中科技大学周军团队在Science 在线发表题为“Thermosensitive crystallization–boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting”的研究论文，该研究使用了热敏性结晶和溶解过程，以诱导氧化还原离子的持续浓度梯度，塞贝克系数大大提高（〜3.73 mV K-1），并抑制了LTC的热导率。结果，对于室温附近的LTC，该研究实现了11％的高ηr，并且大大降低了LTC的成本。该研究的设备为经济高效的低温度热量收集提供了希望。

大量的低温度热量（低于373 K）分布在工业过程（废热），环境（太阳能和地热能）以及人体中。由于缺乏具有成本效益的能量回收技术，这种热量被浪费了。热电设备提供热能转换为能量，而没有移动部件，听不到的声音或温室气体排放。热电设备的性能由设备品质因数（Z =Se2σ/κ）估算，该因数取决于塞贝克系数（Se），电导率（σ）和热导率（κ）。

在热电学中，对传统固态热电电池的研究最为深入。但是，由于众所周知，固态热电材料中Se，σ和κ的相互依赖性很强，因此它们在室温附近的效率仅得到了适度的提高。对于不含稀有元素的低成本材料而言，这尤其成问题。另外，液态热电池（LTC）提供了更多的方法来解耦Se，σ和κ的相互依赖性。

此外，如果卡诺相对效率（ηr）达到5％左右，LTC价格低廉，可扩展且在商业上可行以收集低温度等级的热能。即使使用理想的实验室设备，要获得该值也具有挑战性。通过使用高度增强的Se和抑制κ的热敏结晶工艺，研究人员在LTC的室温附近实现了11.1％的ηr，而没有协同地降低σ。因此，LTC的成本绩效指标大幅下降，可与当前的发电技术相媲美，这表明它具有低成本，高效地收集低等级浪费的热能的潜力。

具体而言，该研究使用了热敏性结晶和溶解过程，以诱导氧化还原离子的持续浓度梯度，塞贝克系数大大提高（〜3.73 mV K-1），并抑制了LTC的热导率。结果，对于室温附近的LTC，该研究实现了11％的高ηr，并且大大降低了LTC的成本。 该研究的设备为经济高效的低温度热量收集提供了希望。

参考消息：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/09/09/science.abd6749