Dr Tony Shien-Ping Feng vid avdelningen för maskinteknik vid University of Hong Kong (HKU) och hans team uppfann en direkt termisk laddningscell (DTCC) som effektivt kan omvandla värme till elektricitet, skapa en enorm potential att minska växthuseffekterna genom att fånga upp avgasvärme och minska slöseriet med primärenergi.

Den nya uppfinningen har nyligen publicerats i den prestigefyllda tidskriften Naturkommunikation , och forskningen har presenterats i Naturkommunikation Redaktörens höjdpunkter webbsida. HKU:s Technology Transfer Office har ansökt om uppfinningens amerikanska provisoriska patent och PCT-patent (Patent Cooperation Treaty).

Låggradig värme är rikligt tillgänglig i industriella processer (80 till 150°C), såväl som i miljön, levande saker, solvärme (50 till 60°C) och geotermisk energi. Över 60 % av världens primära energitillförsel, oavsett om det är i den industriella processen eller inhemsk energiförbrukning, går till spillo som värme. En majoritet av denna förlust som spillvärme betraktas som lågvärdig värme.

Den nydesignade DTCC är en spelförändrande elektrokemisk teknologi som kan öppna nya horisonter för tillämpningar för att effektivt omvandla lågvärdig värme till el. Det är ett enkelt system med grundenheten endast 1,5 cm2 och tjockleken 1 till 1,5 mm. Cellen är böjbar, stapelbar och låg kostnad.

DTCC kan användas i VVS (värme, ventilation, och luftkonditionering) för att återvinna lågvärdig värme från kompressorn och kondensorn till elektricitet för användning i elektriska apparater. Den kan integreras med fönsterramen för att skörda solvärmeenergi för att driva elektrokroma fönster, eller används som bärbara enheter för att driva iphones eller livräddningsutrustning i vildmarken. Med den ökande populariteten för bärbar teknologi, Det här systemet kan en dag utnyttja kroppsvärmen för att driva bärbara elektroniska enheter eller medicinsk utrustning för att övervaka kroppshälsotillstånd som blodsockernivåer och blodtryck.

Dr. Feng sa:"Effektiv låggradig värmeåtervinning kan bidra till att minska utsläppen av växthusgaser, men nuvarande teknik för att omvandla denna värme till el är fortfarande långt ifrån optimal. DTCC ger en omvandlingseffektivitet på över 3,5 %, överträffar alla befintliga termoelektrokemiska och termoelektriska system, som antingen är för kostsamt eller komplicerat, eller för låg effektivitet för vardagliga applikationer. DTCC är en revolutionerande design med stora möjligheter inom smarta och hållbara energienheter."

Den nya termiska laddningscellen använder asymmetriska elektroder:en grafenoxid/platina (GO/Pt) katod och en polyanilin (PANI) anod i Fe ₂ ⁺ /Fe ₃ ⁺ redoxelektrolyt via isotermisk uppvärmning utan att bygga termisk gradient eller termisk cykel. Vid uppvärmning, cellen genererar spänning via en termopseudokapacitiv effekt av GO och laddas sedan ur kontinuerligt genom att oxidera PANI-anoden och reducera Fe ₃ ⁺ till Fe ₂ ⁺ under isotermisk uppvärmning på katodsidan till Fe ₃ ⁺ tömning. Energiomvandlingen arbetar kontinuerligt under isotermisk uppvärmning under hela laddnings- och urladdningsprocessen. Systemet kan självregenereras när det svalnat. Denna synergistiska kemiska regenereringsmekanism gör att enheten kan cykla.

Teamet väljs ut som en av de 16 finalisterna av 300 ansökningar och en av de enda två finalisterna i Hong Kong som tävlar i Hello Tomorrow Regional Summit 2019, en tävling för nystartade företag för att anpassa sin forskning för verklig kommersiell användning, som äger rum i Singapore nu på torsdag (7 november).

Uppfinningen har vunnit mästerskapet i HKU 2018 DreamCatchers 100K Entrepreneurship Competition. Teamet har etablerat ett nystartat företag, Högpresterande lösning, som får hjälp av Technology Start-up Support Scheme for Universities (TSSSU). Företaget gick också med i Incu-Techs 3-åriga program på Hong Kong Science Park och fick sina första intäkter från prototyperna. Teamet har deltagit i den första X-plan roadshowen av Talent Development Forum i Great Bay Area som hålls av Hong Kong X Foundation. Den har också deltagit i Entrepreneurship Forum i Bahrain, Mellanöstern.