Thermo-electrochemical redox flow cycle for continuous conversion of low-grade waste heat to power.
Thermo-electrochemical redox flow cycle for continuous conversion of low-grade waste heat to power.
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低品位废热连续转化为电能的热电化学氧化还原流动循环。
DOI：
10.1038/s41598-022-11817-1
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发表时间：
2022-05-14
影响因子：
4.6
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中科院分区：
文献类型：
--
作者：
在这里，我们评估了通过利用氧化还原电位的温度依赖性，将低品位废热(<； 100°C)转化为电能的方法，类似于半导体物理中的塞贝克效应。我们使用基于流体的氧化还原活性物质，使用热交换器可以很容易地加热和冷却。采用第一性原理方法，设计了Fe(CN)63−/Fe(CN)−和I−/I3−化学氧化还原液流电池体系。对高温下和低温下各有一个流动池的连续运行情况进行了评价。结果表明，氧化还原反应的温度系数是最敏感的参数，可以通过氧化还原化学、反应商和溶剂添加剂来控制，并且我们提出了该RFB化学的最高温度系数。实验获得了0.6W/m2的功率密度和2小时的稳定运行。我们预测，如果在热恢复和欧姆电阻方面的挑战得到克服，温度系数进一步提高，那么热电转换效率将会很高(接近卡诺)。
Here we assess the route to convert low grade waste heat (< 100 °C) into electricity by leveraging the temperature dependency of redox potentials, similar to the Seebeck effect in semiconductor physics. We use fluid-based redox-active species, which can be easily heated and cooled using heat exchangers. By using a first principles approach, we designed a redox flow battery system with Fe(CN)63−/Fe(CN)64− and I−/I3− chemistry. We evaluate the continuous operation with one flow cell at high temperature and one at low temperature. We show that the most sensitive parameter, the temperature coefficient of the redox reaction, can be controlled via the redox chemistry, the reaction quotient and solvent additives, and we present the highest temperature coefficient for this RFB chemistry. A power density of 0.6 W/m2 and stable operation for 2 h are achieved experimentally. We predict high (close to Carnot) heat-to-power efficiencies if challenges in the heat recuperation and Ohmic resistance are overcome, and the temperature coefficient is further increased.
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