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馮憲平/倪萌ACS Energy Lett.: 用于廢物-能量轉(zhuǎn)換的熱再生CO2誘導(dǎo)pH梯度電池

目前的一次能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的廢二氧化碳和低品位熱量，對(duì)全球氣候和環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響，而當(dāng)前的碳捕集和存儲(chǔ)技術(shù)(CCS)需要外部輸入能量或質(zhì)量來(lái)提取和存儲(chǔ)未有效利用的廢物。

在此，香港大學(xué)馮憲平教授和香港理工大學(xué)倪萌教授等人提出了一種熱再生CO₂誘導(dǎo)pH梯度電池(TRCPC)，可以同時(shí)利用CO₂ 和低品位熱量實(shí)現(xiàn)廢物-電能轉(zhuǎn)化。

該電池通過(guò)在碳酸鹽基吸收劑中使用pH敏感電極而設(shè)計(jì)，CO₂被對(duì)稱電解質(zhì)的一側(cè)吸收并引起電池pH值的變化從而產(chǎn)生電壓，達(dá)到0.578 Wm^-2的峰值功率密度，放電時(shí)間是之前報(bào)道的10倍以上。排放后，系統(tǒng)可以使用低品位熱量進(jìn)行再生，而CO₂則可以存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

圖1. 單個(gè)電池中的充放電循環(huán)

最后，當(dāng)通過(guò)控制工作條件（例如流速、膜和管道直徑）進(jìn)一步改進(jìn)時(shí)，概念驗(yàn)證演示顯示出在大規(guī)模應(yīng)用中的應(yīng)用潛力。

假設(shè)一個(gè)電廠每年排放2000萬(wàn)噸CO₂，一個(gè) TRCPC 循環(huán)可產(chǎn)生9.8 GW h的電力。該研究提出了一種具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的有前景的方法，可在進(jìn)一步儲(chǔ)存CO₂之前將CO₂和廢熱轉(zhuǎn)化為電能。

圖2. 低品位熱量再生電解液及概念驗(yàn)證

Thermally Regenerative CO₂-Induced pH-Gradient Cell for Waste-to-Energy Conversion, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01000

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