Avslöjar hemligheterna med termoelektriska material för framtida energi

Termoelektriska material, som tidigare främst fokuserade på att omvandla spillvärme till elektricitet, underlättar nu katalytiska processer, vilket erbjuder innovativa lösningar för energieffektivitet och miljöförbättringar.

Termoelektriska material, avgörande för att omvandla termisk energi till elektrisk energi och minska avfall, har breddat sin nytta utöver värmeåtervinning till katalys, drivna av naturliga och industriella värmegradienter.

Med den snabba utvecklingen av det mänskliga samhället har efterfrågan på energi upplevt en explosiv tillväxt. Men i det nuvarande stadiet är utnyttjandeeffektiviteten för primärenergi mindre än 40%, med resten som går förlorad i form av spillvärme, vilket leder till allvarligt energislöseri och förvärrar miljöproblemen.

Termoelektriska material, som ett nytt energimaterial som kan omvandla termisk energi till elektrisk energi direkt, har fått allt mer uppmärksamhet inom området för återvinning av spillvärme. När det finns en temperaturskillnad i båda ändarna av det termoelektriska materialet genereras en termoelektromotorisk kraft inom materialet, vilket uppnår omvandlingen av termisk energi till elektrisk energi.

Förutom användning som elgeneratorer har termoelektriska material öppnat nya riktningar för katalys på senare år. Den lilla temperaturgradienten (<100 °C) som orsakas av den utbredda värmen i naturen och industriell produktion ger tillräcklig drivkraft för katalytiska reaktioner.

Detta möjliggör återanvändning av lågklassiga spillvärmeresurser för att driva olika katalysprocesser, såsom produktion av vätgas, organisk syntes, miljörening och biomedicinska tillämpningar. Det erbjuder en ny lösning för att förbättra energianvändningens effektivitet, energibesparing, utsläppsminskning och grön katalys.

Arbetssätt för TECatal system: (a) hybridstrukturläge, (b) enfasmäge, (c) P-N nanoledlägesläge, och (d) termogalvanisk celläge. Potentiella tillämpningar av TECatal-material i (e) H2 produktion och CO2 minskning, (f) tumörterapi, (g) fordonsavgasbehandling, och (h) fönsterglasbeläggning för inomhusluftrening. Kredit: Science China Press

Baserat på de senaste framstegen inom detta framväxande område har teamet från Institutionen för Quantum och Sustainable Technology vid Jiangsu University föreslagit en konceptuell tillämpningsinriktning för termoelektrokatalytisk (TECatal) och systematiskt sammanfattat befintliga termoelektriska katalytiska material och arbetsmetoder. Fyra stora arbetsmetoder föreslogs, inklusive hybridstrukturläge, enfasmäge, P-N nanoledlägesläge och termogalvanisk celläge.

Studien utforskar sätt att förbättra prestanda för termoelektriska katalytiska material genom optimering av termoelektriska egenskaper, bandteknik, mikrostrukturer och stabilitet. Dessutom förespråkades och diskuterades prospekterna för termoelektriska katalytiska material inom områden som grön energi, tumörbehandling och miljöstyrning, vilket ger viktiga referenser för den framtida utvecklingen av detta område.

Referens: “Termoelektrokatalys: en framväxande strategi för omvandling av spillvärme till kemisk energi” av Yuqiao Zhang, Shun Li, Jianming Zhang, Li-Dong Zhao, Yuanhua Lin, Weishu Liu och Federico Rosei, 25 januari 2024, National Science Review. DOI: 10.1093/nsr/nwae036