UNIST と南洋理工大学の研究者らは、低品位の熱を利用可能なエネルギーに変換する新しい方法を提供する熱再生電気化学サイクル (TREC) システムを開発しました。このシステムは、特に水分子における構造振動モードの役割を理解することによって強化され、小さな温度差でのエネルギー変換を改善する可能性を示しています。 TREC システムのこのような進歩は、ウェアラブル技術や二次電池における低級熱の利用に革命をもたらす可能性があります。
研究者チームによって開発された画期的な TREC システムは、構造振動パターンを利用して低級熱を効率的にエネルギーに変換します。この進歩により、ウェアラブル技術と二次電池におけるエネルギー変換が変革される可能性があります。
蔚山国立科学技術院（UNIST）エネルギー化学工学部のイ・ヒョヌク教授とソ・ドンファ・ソ教授が共同率いる研究チームは、シンガポールの南洋理工大学のソク・ウー・リー教授と協力し、低品位熱源（100℃未満）を効率的なエネルギー変換に利用するという大きな進歩を達成した。彼らの先駆的な研究は、小さな温度差を使用可能なエネルギーに変換できる効率的な熱再生電気化学サイクル (TREC) システムの開発に焦点を当てています。
図 1. バッテリーと TREC システムのさまざまなメカニズムを示す回路図。バッテリー システム (左) は蓄積されたエネルギーの一部を使用不可能なエネルギーとして失いますが、TREC システム (右) はバッテリー サイクル中に低品位の廃熱エネルギーを電気化学エネルギーに変換できます。画像出典: UNIST
従来の環境発電システムは、低品位の熱源を効率的に利用するという課題に直面しています。ただし、TREC システムはバッテリー機能と熱エネルギーハーベスティングを統合しているため、魅力的なソリューションを提供します。この研究で研究チームは、TREC システムの有効性を高める際の構造振動モードの役割を詳しく調査しました。
研究者らは、共有結合の変化が振動モードにどのように影響するか（特に構造水分子に影響を与える）を分析することで、たとえ微量の水でもシアン化物配位子のA1g伸縮モードで強い構造振動を誘発する可能性があることを発見した。これらの振動は、TREC システム内の大きな温度係数 (ɑ) に大きく寄与します。これらの洞察に基づいて、チームはナトリウムイオン水電解質を使用した効率的な TREC システムを設計および実装しました。
図 2. TREC の原理と PBA 構造における水分子の影響。 (上) CuHCFe 構造および共有結合変化に対する水分子の除去の影響 (-ICOHP/eV)。 Cu─N および Fe─C 結合の平均 -ICOHP 値と、6 つの Fe─C 結合の -ICOHP 値の SD が示されています。 (中央) シアン化物配位子の伸縮振動モードに対する水分子の影響。 (下) d) TREC フルセルおよびハーフセルによって収集される電力。低温と高温はそれぞれ10℃と60℃です。 O/Cu-x に基づいて、フルセルの電流密度は 0.5C (30mAg-1) に設定されます。画像出典: UNIST
「この研究は、構造振動モードが TREC システムのエネルギーハーベスティング能力をどのように強化するかについて貴重な洞察を提供します」と Hyun-Wook Lee 教授は説明しました。 「私たちの結果は、これらの振動モードによって変調されるプルシアンブルー類似体の固有の特性についての理解を深め、エネルギー変換を改善する新たな可能性を切り開きます。」
TREC システムの潜在的な用途は非常に幅広く、特にウェアラブル技術や温度差が小さいその他のデバイスに当てはまります。 TREC システムは、低級熱を効率的に捕捉し、使用可能なエネルギーに変換することで、次世代二次電池の開発に有望な手段を提供します。