兰州化物所太阳光驱动温差发电耦合超级电容器储电研究获系列进展

　　【仪表网 研发快讯】将太阳能光-热转化技术、温差发电技术和电化学储能技术融合，开发出多能互补型绿色能源系统对促进清洁能源技术的综合开发利用具有重要意义。
 

　　近日，中国科学院兰州化学物理研究所资源化学与能源材料研究中心电化学储能材料研究团队联合云南大学、英国爱丁堡大学、韩国嘉泉大学等在太阳能温差发电器耦合超级电容器实现太阳热能向电能转化与存储方面取得系列进展。
 

　　团队成功利用CoAl2O4/SS太阳能光-热转化涂层设计和构筑出太阳能温差发电器(STEG)，利用合成的离子液体电解质和活性炭电极构筑出超级电容器(SCs)，并将STEG器件和SCs器件进行串联集成。在太阳光驱动作用下，STEG器件能借助其自身的光-热转化效应和热-电转化效应将太阳热能转化为电能，进一步将转化的电能存储到SCs器件中为用电设备进行供电，从而实现太阳热能向电能的转化、存储及利用。相关研究工作以“A Novel Design for Conversion and Storage of Solar Thermal Energy into Electrical Energy Using a Solar Thermoelectric Device-coupled Supercapacitor”为题发表在Carbon Neutralization(2024,1-17)上。
 

图1. 太阳光驱动温差发电耦合超级电容器储电
 

　　图2. 太阳光驱动STEG实现热电转化发电以及STEG串联SCs实现电能的转化与存储利用
 

　　此外，为了解决CoAl2O4/SS涂层光-热转化效率低，以及CoAl2O4/SS涂层构筑STEG造成热损失而引起STEG与SCs集成器件体系整体能量转化与存储性能不佳的问题，研究团队将具有较高太阳能吸收值的Cu1.5Mn1.5O4涂层(α=0.935)直接沉积到裸TE器件表面构筑获得STEG器件，在1个标准太阳光辐照条件下，STEG器件的稳态输出电压和最大输出功率密度分别为183 mV 和 42 μW•cm-2。同时，将STEG器件与SCs器件集成串联后，在太阳光辐照条件下，STEG器件能将经光-热、热-电转化产生的电能有效存储到SCs器件中。该研究将为新型太阳热能向电化学能转化及存储能源系统的设计、开发和利用提供新思路和新方案。相关研究工作以“Photothermal conversion-enhanced thermoelectric generators combined with supercapacitors: An efficacious approach to integrated power generation and storage”为题发表在 Chemical Engineering Journal(2024,492,152406) 上。
 

图3. 太阳光驱动作用下STGE器件的输电性能
 

　　该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院西部青年学者、兰州市青年科技人才创新、兰州市城关区科技计划人才创新创业、兰州化物所青年科技工作者协同创新联盟合作基金等项目的支持。