蘭州化物所太陽光驅動溫差發電耦合超級電容器儲電研究獲系列進展

　　【儀表網 研發快訊】將太陽能光-熱轉化技術、溫差發電技術和電化學儲能技術融合，開發出多能互補型綠色能源系統對促進清潔能源技術的綜合開發利用具有重要意義。
 

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所資源化學與能源材料研究中心電化學儲能材料研究團隊聯合云南大學、英國愛丁堡大學、韓國嘉泉大學等在太陽能溫差發電器耦合超級電容器實現太陽熱能向電能轉化與存儲方面取得系列進展。
 

　　團隊成功利用CoAl2O4/SS太陽能光-熱轉化涂層設計和構筑出太陽能溫差發電器(STEG)，利用合成的離子液體電解質和活性炭電極構筑出超級電容器(SCs)，并將STEG器件和SCs器件進行串聯集成。在太陽光驅動作用下，STEG器件能借助其自身的光-熱轉化效應和熱-電轉化效應將太陽熱能轉化為電能，進一步將轉化的電能存儲到SCs器件中為用電設備進行供電，從而實現太陽熱能向電能的轉化、存儲及利用。相關研究工作以“A Novel Design for Conversion and Storage of Solar Thermal Energy into Electrical Energy Using a Solar Thermoelectric Device-coupled Supercapacitor”為題發表在Carbon Neutralization(2024,1-17)上。
 

圖1. 太陽光驅動溫差發電耦合超級電容器儲電
 

　　圖2. 太陽光驅動STEG實現熱電轉化發電以及STEG串聯SCs實現電能的轉化與存儲利用
 

　　此外，為了解決CoAl2O4/SS涂層光-熱轉化效率低，以及CoAl2O4/SS涂層構筑STEG造成熱損失而引起STEG與SCs集成器件體系整體能量轉化與存儲性能不佳的問題，研究團隊將具有較高太陽能吸收值的Cu1.5Mn1.5O4涂層(α=0.935)直接沉積到裸TE器件表面構筑獲得STEG器件，在1個標準太陽光輻照條件下，STEG器件的穩態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，將STEG器件與SCs器件集成串聯后，在太陽光輻照條件下，STEG器件能將經光-熱、熱-電轉化產生的電能有效存儲到SCs器件中。該研究將為新型太陽熱能向電化學能轉化及存儲能源系統的設計、開發和利用提供新思路和新方案。相關研究工作以“Photothermal conversion-enhanced thermoelectric generators combined with supercapacitors: An efficacious approach to integrated power generation and storage”為題發表在 Chemical Engineering Journal(2024,492,152406) 上。
 

圖3. 太陽光驅動作用下STGE器件的輸電性能
 

　　該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院西部青年學者、蘭州市青年科技人才創新、蘭州市城關區科技計劃人才創新創業、蘭州化物所青年科技工作者協同創新聯盟合作基金等項目的支持。