利用体温与昼夜温差为电池充电

Published 27 Jul.2023 13:46(KST)

UNIST找到开发下一代可穿戴二次电池的突破口

利用体温等低热能或昼夜温差产生的热能为二次电池充电的方法已经被开发出来，有望让下一代可穿戴二次电池的研发更近一步。

二次电池与TREC的区别。图片出处 UNIST提供

蔚山科学技术院（UNIST）27日表示，能源化学工程系研究团队的 Lee Hyeonuk 教授、Seo Donghwa 教授与新加坡南洋理工大学 Lee Seokwoo 教授团队合作，找出了提高热再生电化学循环二次电池（TREC）系统能量转换效率的核心因素，并开发出仅利用100℃以下的小温差所产生的热能就能为二次电池充电的系统。

TREC（Thermally Regenerative Electrochemical Cycle，热再生电化学循环）是一种目前广泛使用、结构与二次电池相同的能量转换系统。它利用电压随温度变化的特性，以具有不同温度系数的电极材料构成二次电池，将外部温度变化产生的热能转换为二次电池内部的电化学能。利用TREC系统，即便是体温或昼夜温差，也能为电池补充少量能量。

为在多种方式上应用TREC，研究团队对提高能量转换效率的方法进行了研究。他们分析了正极材料内部的物质结构会产生怎样的影响，并通过计算机模拟验证了结果。在具有相同成分电解质的TREC系统中，他们设计出效率最高的系统，并确认其在多种温度条件下均能成功运行。研究发现，材料所含水分子数量越少，正极材料结构的对称性就越高，从而强化了水分子附近过渡金属与配体之间的键合。这种结构变化会激活具有较大振动能量的A1g振动模，从而增大结构振动熵。由于熵的变化与温度系数的大小密切相关，最终提升了TREC系统的效率。

研究团队表示：“我们证明了TREC所用材料本身的特性对TREC的能量转换效率有着重大影响，这是一项为今后TREC研究指明新方向的有意义工作。”Lee 教授也表示：“随着物联网的发展，可穿戴二次电池的开发成为热点，但通过普通导线进行充电存在局限。为了开发人体贴附式电池，有必要发现如TREC系统这类新的充电方式，并进一步推进适用于新应用场景的下一代电池的开发与研究。”