Fe─N─C Electrocatalyst for Enhancing Fe(II)/Fe(III) Redox Kinetics in Thermo‐Electrochemical Cells

氧化还原 电催化剂 材料科学 电化学 电化学动力学 功率密度 化学工程 动力学 热力学 电极 化学 物理化学 功率(物理) 物理 冶金 量子力学 工程类
作者
Sang‐Mun Jung,SeungYeon Kang,Byung‐Jo Lee,Jinhyeon Lee,Jaesub Kwon,Dongwook Lee,Yong‐Tae Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (45) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/adfm.202304067
摘要

Abstract Harvesting low‐grade waste heat, which constitutes 60% of the overall waste heat, is key to halting climate change. Electrochemical waste‐heat harvesting has recently drawn attention to practical low‐grade waste‐heat harvesting. In this study, a power density maximization strategy is presented in scalable and cost‐effective aqueous redox couple‐based thermo‐electrochemical cells (TECs). The n‐type feature of the water‐soluble Fe 2+/3+ redox couple is essential for constructing the TEC p–n leg device; however, it has not been investigated much so far. The modulation of the chaotropicity of counteranions enhances the absolute value of the Seebeck coefficient for the Fe 2+/3+ redox couple with an inner‐sphere reaction mechanism because of the greater structural disorder in the solvation shell. Moreover, the use of a cost‐effective Fe─N─C electrocatalyst shows redox kinetics and a power density comparable to those of state‐of‐the‐art Pt electrodes, economically compensating for the sluggish charge‐transfer kinetics of the inner‐sphere redox mechanism. The Fe─N─C ‐based TEC device exhibits 1.73 W m −2 of power density at 0.1 $ W −1 of cost per power, which is 1.24% with respect to the Carnot efficiency, exceeding 0.23–0.53% compared to those reported for previous Pt‐based TEC devices with the same redox chemistry.
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