Solar-Driven Thermally Regenerative Electrochemical Cells for Continuous Power Generation with Coupled Optical and Thermal Integration

材料科学 光伏系统 可再生能源 太阳能电池 发电 功率密度 太阳能 太阳能 发热 能量转换效率 光伏 工艺工程 光电子学 纳米技术 功率(物理) 电气工程 热力学 物理 工程类
作者
Dongbo Cheng,Shiteng Li,Jieyang Li,Shang Liu,Meng Lin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 4754-4761
标识
DOI:10.1021/acsami.4c14299
摘要

This study presents the development of a solar-driven thermally regenerative electrochemical cell (STREC) for continuous power generation. Key innovations include dual-function carbon-based electrodes for efficient solar absorption and electrochemical reactions, a transparent and ultrainsulating silica aerogel to maximize solar spectrum transmission while minimizing heat loss, and a compact heat exchanger to recover heat from hot cell streams. Under 1 sun conditions, the STREC achieves a power density of 912.1 mW/m2, doubling the performance compared to a nonintegrated system. At higher solar concentrations (2 suns), the power density further increases to 1214.4 mW/m2. Our findings indicate that this combination holds significant promise for efficient and continuous solar power generation. The application of state-of-the-art redox couples with high-temperature coefficients suggests a potential solar electricity efficiency of 12.6%, comparable to that of industrial photovoltaic technologies, providing a viable pathway for enhancing the renewable energy share in the global energy mix.
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