利用 pH 中性电解液的热再生液流电池回收低品位热能
应用物理
2021-11-03 v3 经典物理
摘要
回收温度低于 100 °C 的废热可提高系统效率并减少温室气体排放，但这长期以来是一项具有挑战性的任务。近年来，由于电解液的有效温度系数（> 1 mV/K）相对于传统热电装置的热功率较高，电化学回收低品位热的方法引起了研究兴趣。与基于温度变化的热再生电化学循环和基于温度差的温差电池等其他电化学装置相比，热再生液流电池（TRFB）具有提供连续功率输出、解耦热源与热汇并回收热量、以及兼容堆叠放大等优势。然而，由于难以在具有理想温度系数的阴极液和阳极液之间实现 pH 匹配，TRFB 存在稳定运行的问题。在本工作中，我们展示了一种 pH 中性 TRFB，分别以 KI/KI3 和 K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 作为阴极液和阳极液，其电池温度系数为 1.9 mV/K，功率密度为 9 μW/cm2。本工作还提出了一个综合模型，该模型对多孔电极中的传质与反应动力学进行耦合分析，能够准确捕捉功率密度与能量转换效率对流速的依赖性。我们估计，在 37 K 温差下，该 pH 中性 TRFB 在最大功率输出时的效率可达卡诺效率的 11%。通过分析，我们确定多孔电极内的传质过电位和离子交换膜的电阻是限制效率与功率密度的两个主要因素，指明了未来改进的方向。
引用
@article{arxiv.2103.06243,
title = {Thermally Regenerative Flow Batteries with pH Neutral Electrolytes for Harvesting Low-Grade Heat},
author = {Xin Qian and Jungwoo Shin and Yaodong Tu and James Han Zhang and Gang Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.06243},
year = {2021}
}