蘭州化物所太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電耦合超級(jí)電容器儲(chǔ)電研究獲系列進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】將太陽(yáng)能光-熱轉(zhuǎn)化技術(shù)、溫差發(fā)電技術(shù)和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)融合，開發(fā)出多能互補(bǔ)型綠色能源系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)清潔能源技術(shù)的綜合開發(fā)利用具有重要意義。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所資源化學(xué)與能源材料研究中心電化學(xué)儲(chǔ)能材料研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合云南大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)、韓國(guó)嘉泉大學(xué)等在太陽(yáng)能溫差發(fā)電器耦合超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)熱能向電能轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)方面取得系列進(jìn)展。
 

　　團(tuán)隊(duì)成功利用CoAl2O4/SS太陽(yáng)能光-熱轉(zhuǎn)化涂層設(shè)計(jì)和構(gòu)筑出太陽(yáng)能溫差發(fā)電器(STEG)，利用合成的離子液體電解質(zhì)和活性炭電極構(gòu)筑出超級(jí)電容器(SCs)，并將STEG器件和SCs器件進(jìn)行串聯(lián)集成。在太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)作用下，STEG器件能借助其自身的光-熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)和熱-電轉(zhuǎn)化效應(yīng)將太陽(yáng)熱能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)一步將轉(zhuǎn)化的電能存儲(chǔ)到SCs器件中為用電設(shè)備進(jìn)行供電，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)熱能向電能的轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)及利用。相關(guān)研究工作以“A Novel Design for Conversion and Storage of Solar Thermal Energy into Electrical Energy Using a Solar Thermoelectric Device-coupled Supercapacitor”為題發(fā)表在Carbon Neutralization(2024,1-17)上。
 

圖1. 太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電耦合超級(jí)電容器儲(chǔ)電
 

　　圖2. 太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)STEG實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化發(fā)電以及STEG串聯(lián)SCs實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)利用
 

　　此外，為了解決CoAl2O4/SS涂層光-熱轉(zhuǎn)化效率低，以及CoAl2O4/SS涂層構(gòu)筑STEG造成熱損失而引起STEG與SCs集成器件體系整體能量轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)性能不佳的問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)將具有較高太陽(yáng)能吸收值的Cu1.5Mn1.5O4涂層(α=0.935)直接沉積到裸TE器件表面構(gòu)筑獲得STEG器件，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照條件下，STEG器件的穩(wěn)態(tài)輸出電壓和最大輸出功率密度分別為183 mV 和 42 μW•cm-2。同時(shí)，將STEG器件與SCs器件集成串聯(lián)后，在太陽(yáng)光輻照條件下，STEG器件能將經(jīng)光-熱、熱-電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電能有效存儲(chǔ)到SCs器件中。該研究將為新型太陽(yáng)熱能向電化學(xué)能轉(zhuǎn)化及存儲(chǔ)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和利用提供新思路和新方案。相關(guān)研究工作以“Photothermal conversion-enhanced thermoelectric generators combined with supercapacitors: An efficacious approach to integrated power generation and storage”為題發(fā)表在 Chemical Engineering Journal(2024,492,152406) 上。
 

圖3. 太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)作用下STGE器件的輸電性能
 

　　該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院西部青年學(xué)者、蘭州市青年科技人才創(chuàng)新、蘭州市城關(guān)區(qū)科技計(jì)劃人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、蘭州化物所青年科技工作者協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟合作基金等項(xiàng)目的支持。