西北工业大学李炫华最新science：用于发电和制氢的原位光催化增强热电电池

一、【导读】

热电池是一种利用热电效应将热能转化为电能的装置，热电池系统被广泛的应用在太阳能、地热能、生物质能等领域中。然而，但传统热电技术受限于其较低的热功率，热电偶和热扩散电池是两种可提供高热功率的有效替代技术。其中，基于离子热扩散效应的热扩散电池热不连续的电输出使其难以在实际应用中使用，而热电偶电池（TGC）通过在一定温度下工作，产生连续的电能，有巨大的应用前景。电池系统的有效性还受到氧化还原离子低浓度差异的限制，近年来，通过增加氧化还原离子的溶剂依赖性熵差可有效增强热电势。然而，由于氧化还原离子自发扩散到均匀状态，TGC热侧和冷侧之间氧化还原离子的浓度差在热力学上极其不稳定。因此，为冷热侧之间的氧化还原离子构建高且连续的直流电，并解释固有的直流调制机制仍是一个巨大的挑战。

二、【成果掠影】

近日，西北工业大学李炫华教授团队报道了一种在热电池中使用光催化剂增强氧化还原反应的方法，以实现连续的氧化还原离子浓度梯度，从而更有效地将热能转化为电能和氢气。这种新型的热电池系统具有潜在的应用前景，为可再生能源的开发提供新的思路和方法。相关的研究成果以“In situ photocatalytically enhanced thermogalvanic cells for electricity and hydrogen production”为题发表在science上。

三、【核心创新点】

作者开发了一个原位系统，将光催化剂与热电池集成在一起。使用光催化剂增强热电池中的氧化还原反应。可以更有效地将热能转化为电能和氢气。

四、【数据概览】

图1  原位光催化增强TGC中氧化还原离子的浓度梯度。  ©2023 AAAS

图2  TGC和O_v-WO₃/TGC/S_v-ZIS的热电性能。  ©2023 AAAS

图3  光催化增强TGCs的工作原理的验证。  ©2023 AAAS

图4  一种大面积光催化增强的TGC。  ©2023 AAAS

五、【成果启示】

综上所述，作者设计了一种原位光催化增强热电器件的设计。光催化增强的热电器件通过原位诱导光催化过程得到证明，该过程在热侧和冷侧产生了FeCN^4–和FeCN^3-离子的连续浓度梯度。该系统的热电势为8.2 mV K^-1，同时太阳能驱动的水分解，太阳能转化为氢气的效率高达0.4％，由36个单元组成的大面积发电机的功率输出为20.1mW。这项研究为下一代新型的热电池系统提供了新思路，为可再生能源的开发做出巨大贡献。

文献连接：

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

本文由WYH供稿