Новости химической науки > Кобальтовая пара подпитывает термоэлементы

Австралийские ученые улучшили технологию переработки тепловых потерь в пригодную для применения энергию с помощью ионных жидкостей, содержащих кобальтовые окислительно-восстановительные пары в качестве электролитов для термоэлектрических элементов.

Термоэлектрохимические устройства генерируют энергию за счет градиента температуры окислительно-восстановительной пары. Получаемой таким образом энергии еще не достаточно для использования в качестве основного источника энергии, но термоэлементы полезны для сбора энергетических потерь, возникающих в энергетике.

Рисунок из Energy Environ. Sci., 2013, DOI: 10.1039/c3ee41608a

Традиционно в термоэлектрохимических элементах электролитом являются водные или органические растворы. Летучесть воды и большинства органических растворителей ограничивает рабочие температуры, поскольку растворитель может испаряться, сокращая эксплуатационный срок службы и выходную мощность элементов. Ионные жидкости обладают чрезвычайно низким давлением паров из-за сильных ионных взаимодействий, так что испарение происходит нелегко. Их низкая теплопроводность, сравнимая с теплопроводностью воды, также помогает ионным жидкостям поддерживать температурный градиент элемента.

Высокая производительность устройства, разработанного Дженни Прингл (Jenny Pringle) из университета Дикина в Мельбурне совместно с коллегами Дагом Макфарланом (Doug MacFarlane) и Тедом Абрахамом (Ted Abraham) из университета Монаша, обуславливается большой разницей энтропии окислительно-восстановительной пары Co²⁺/Co³⁺. В результате восстановления происходит переход кобальта из низкоспинового состояния в высокоспиновое, что сопровождается сильным изменением длины связи металл-лиганд. Именно это считается причиной того, что новая система вырабатывает такое высокое электрическое напряжение.

Прингл объясняет, что, несмотря на то, что энергия, вырабатываемая этими устройствами небольшая, ее достаточно, чтобы частично покрыть некоторые потребности. Преимуществом нового устройства перед системами на основе твердых полупроводников является его гибкость, дешевизна и возможность работы при низких температурах. Например, новые системы можно было бы оборачивать вокруг горячих труб на электростанциях.

Комментируя потенциал термоэлектрических устройств, основанных на рециклизации теплоты окружающей среды в жилых и офисных помещениях, Прингл говорит, что они могли бы работать и в этих условиях, но из-за меньшей разницы температур можно рециклизовать меньше энергии.

Джордж Чэнь (George Chen), эксперт по электрохимическим технологиям из Ноттингемского университета в Великобритании, комментирует, что для выработки электроэнергии обычно требуется температура свыше 1000°С. Новая технология может концентрировать, низкокачественное вторичное тепло в пределах 100-200°С в полезную энергию.

Джозеф Хереманс (Joseph Heremans), работающий в университете штата Огайо в США и занимающийся исследованиями по рециклизации вторичного тепла затронул вопрос более широкого применения этих устройств.

По его мнению, устройства на базе электролитов имеют движущиеся части, что отличает их от классических термоэлектрических приборов, потому что для них нужно движение жидкости, или даже применение насоса. Они могут быть сконструированы таким образом, что естественная конвекция позаботится об этом, но, тем не менее, новые устройства все еще чувствительны к способу расположения, что пока делает их непригодными для применения в транспортных средствах.

Источник: Energy Environ. Sci., 2013, DOI: 10.1039/c3ee41608a

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #химическая технология, #электрохимия