«Использование отработанного тепла для производства электроэнергии позволит производить дополнительную электроэнергию без дополнительного потребления ископаемого топлива», — сказал Брюс Э. Логан, профессор Эван Пью и профессор инженерной экологии Каппе. «Тепловые регенеративные батареи представляют собой углеродно-нейтральный способ хранения и преобразования отработанного тепла в электричество с потенциально более низкой стоимостью, чем твердотельные устройства».Низкопотенциальное отходящее тепло является артефактом многих методов производства энергии. В автомобилях отработанное тепло, образующееся зимой, направляется на работу системы обогрева автомобиля, но летом это же отработанное тепло должно отводиться в окружающую среду.
Угольные, атомные и другие электростанции требуют большого количества тепла для производства электроэнергии, но после выработки электроэнергии избыточное отработанное тепло направляется в градирни для рассеивания. Многие промышленные объекты, геотермальные источники или солнечные электростанции также выделяют низкопотенциальное тепло, которое теряется.Исследователи хотят использовать это отработанное тепло и улавливать его, чтобы производить больше энергии.
Другие исследователи пробовали различные методы, но большинство из них производят слишком мало энергии, чтобы их можно было использовать, или они не могут обеспечить непрерывный ресурс. Логан и его команда используют батарею на основе аммиака с термической регенерацией, которая состоит из медных электродов с добавлением аммиака только к анолиту — электролиту, окружающему анод.«Батарея будет работать до тех пор, пока в реакции не израсходуется аммиак, необходимый для комплексообразования в электролите рядом с анодом, или пока не истощатся ионы меди в электролите возле катода», — сказал Фанг Чжан, научный сотрудник по экологической инженерии. «Тогда реакция прекращается».Этот тип батареи был бы бесполезен в качестве постоянного источника электричества, если бы реакция не была регенеративной.
Используя низкопотенциальное отходящее тепло из внешнего источника, исследователи перегоняют аммиак из сточных вод, оставшихся в анолите батареи, а затем перезаряжают его в исходную катодную камеру батареи.Камера с аммиаком теперь становится анодной, а медь повторно осаждается на электроде в другой камере, теперь катоде, но раньше аноде.
Исследователи переключают аммиак между двумя камерами, поддерживая количество меди на электродах.«Здесь мы представляем высокоэффективную, недорогую и масштабируемую терморегенеративную батарею на основе аммиака, в которой электрический ток вырабатывается в результате образования медно-аммиачного комплекса», — сообщают исследователи в текущем выпуске журнала Energy and Environmental Science. Они отмечают, что поток жидкого аммиака может преобразовывать тепловую энергию в электрическую энергию в батарее. «При необходимости аккумулятор можно разрядить, чтобы накопленная химическая энергия эффективно преобразовывалась в электрическую».Одна из проблем с предыдущими методами заключалась в том, что количество энергии, производимой, например, в системе, использующей соленую и менее соленую воду для выработки электричества, было слишком мало по сравнению с количеством используемой воды.
Система аммиачной батареи с термической регенерацией может преобразовывать около 29 процентов химической энергии в батарее в электричество и может быть значительно улучшена с помощью будущей оптимизации.Исследователи получили плотность мощности около 60 Вт на квадратный метр за несколько циклов, что в 6-10 раз превышает плотность мощности, производимую другими системами преобразования тепловой энергии в электрическую на основе жидкости.
Исследователи отмечают, что нынешняя аммиачная батарея с термической регенерацией не оптимизирована, поэтому возня с батареей может как увеличить мощность, так и снизить стоимость эксплуатации батарей.Исследователи смогли увеличить удельную мощность за счет увеличения количества батарей, так что этот метод можно масштабировать до чего-то, что может быть коммерчески привлекательным.