Calcium-ion thermal charging cell for advanced energy conversion and storage

材料科学 电解质 能量转换效率 卡诺循环 储能 离子 热能 化学工程 光电子学 电极 热力学 化学 功率(物理) 物理 工程类 物理化学 有机化学
作者
Zongmin Hu,Sheng Chang,Chun Cheng,Chen Sun,Jingrui Liu,Tingting Meng,Yimin Xuan,Meng Ni
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:58: 353-361 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.03.037
摘要

Converting low-grade heat into electricity improves energy efficiency, reduces thermal pollution, and contributes to sustainability. However, the low thermal voltage, thermopower, or conversion efficiency of current monovalent-ion-based thermocells severely impede their application. Herein, we propose a new multivalent-ion-based calcium-ion thermal charging cell (CTCC) by introducing the concept of calcium-ion batteries into a thermoelectric system which demonstrates an ultrahigh thermopower of 25.2 mV K−1 through the synchronous thermo-extraction effect of oleic acid-treated Ca0.24V2O5·H2O electrode and thermodiffusion effect of electrolyte. The appealing calcium-ion energy carrier, favorable aqueous Ca(CF3SO3)2 electrolyte, and facile oleic acid modification strategy can ensure potentially higher voltage, enable fast diffusion kinetics, and prevent vanadium species from dissolution. As a result, the CTCC achieves ultrahigh thermal voltage of 1.149 V and Carnot-relative efficiency of 24.42% (± 0.22%) at a temperature difference of 45 K. This work enriches the multivalent-ion-based thermocell classes for efficient heat-to-electricity conversion in sustainable energy utilization.
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