Dr. Tony Shien-Ping Feng van de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Hong Kong (HKU) en zijn team hebben een Direct Thermal Charging Cell (DTCC) uitgevonden die warmte effectief kan omzetten in elektriciteit, het creëren van een enorm potentieel om broeikaseffecten te verminderen door uitlaatwarmte op te vangen en verspilling van primaire energie te verminderen.

De nieuwe uitvinding is onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuurcommunicatie , en het onderzoek is te zien in de Natuurcommunicatie Editors' Highlights webpagina. Het Technology Transfer Office van de HKU heeft het Amerikaanse voorlopige octrooi en het PCT-octrooi (Patent Cooperation Treaty) aangevraagd.

Laagwaardige warmte is overvloedig aanwezig in industriële processen (80 tot 150°C), maar ook in het milieu, levende wezens, zonne-thermische (50 tot 60°C) en geothermische energie. Meer dan 60% van 's werelds primaire energie-input, of het nu gaat om het industriële proces of het huishoudelijk energieverbruik, gaat verloren als warmte. Een groot deel van dit verlies als restwarmte wordt beschouwd als laagwaardige warmte.

De nieuw ontworpen DTCC is een baanbrekende elektrochemische technologie die nieuwe horizonten kan openen voor toepassingen om laagwaardige warmte efficiënt om te zetten in elektriciteit. Het is een eenvoudig systeem met een basiseenheid van slechts 1,5 vierkante cm en een dikte van 1 tot 1,5 mm. De cel is buigbaar, stapelbaar en goedkoop.

DTCC kan worden gebruikt in HVAC (verwarming, ventilatie, en airconditioning) systeem om laagwaardige warmte van de compressor en condensor te recyclen in elektriciteit voor gebruik in elektrische apparaten. Het kan worden geïntegreerd met het raamkozijn om thermische zonne-energie te oogsten om elektrochrome ramen van stroom te voorzien, of gebruikt als draagbare apparaten om iphones of levensreddende apparatuur in de wildernis van stroom te voorzien. Met de toenemende populariteit van draagbare technologie, dit systeem kan op een dag lichaamswarmte gebruiken om draagbare elektronische apparaten of medische apparaten van stroom te voorzien voor het bewaken van de gezondheidstoestand van het lichaam, zoals bloedsuikerspiegels en bloeddruk.

Dr. Feng zei:"Efficiënte laagwaardige warmteterugwinning kan helpen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, maar de huidige technologieën om deze warmte om te zetten in elektriciteit zijn nog verre van optimaal. DTCC levert een conversie-efficiëntie van meer dan 3,5% op, die alle bestaande thermo-elektrochemische en thermo-elektrische systemen overtreft, die ofwel te duur of te ingewikkeld is, of te laag in efficiëntie voor alledaagse toepassingen. DTCC is een revolutionair ontwerp met grote mogelijkheden in slimme en duurzame energieapparaten."

De nieuwe thermische oplaadcel maakt gebruik van asymmetrische elektroden:een grafeenoxide/platina (GO/Pt) kathode en een polyaniline (PANI) anode in Fe ₂ ⁺ /Fe ₃ ⁺ redox-elektrolyt via isotherme verwarming zonder thermische gradiënt of thermische cyclus op te bouwen. Bij verhitting, de cel genereert spanning via een thermo-pseudocapacitief effect van GO en ontlaadt vervolgens continu door de PANI-anode te oxideren en Fe te verminderen ₃ ⁺ naar Fe ₂ ⁺ onder isotherme verwarming aan kathodezijde tot Fe ₃ ⁺ uitputting. De energieomzetting werkt continu onder isotherme verwarming gedurende het gehele laad- en ontlaadproces. Het systeem kan zichzelf regenereren wanneer het afgekoeld is. Dit synergetische chemische regeneratiemechanisme maakt het mogelijk om het apparaat te recyclen.

Het team is geselecteerd als een van de 16 finalisten uit 300 aanmeldingen en als een van de enige twee finalisten in Hong Kong die deelnemen aan de Hello Tomorrow Regional Summit 2019, een wedstrijd voor start-ups om hun onderzoek aan te passen voor commercieel gebruik in de echte wereld, die deze donderdag (7 november) in Singapore zal plaatsvinden.

De uitvinding heeft het kampioenschap gewonnen in de HKU 2018 DreamCatchers 100K Entrepreneurship Competition. Het team heeft een start-up bedrijf opgericht, Hoogwaardige oplossing, die wordt ondersteund door de Technology Start-up Support Scheme for Universities (TSSSU). Het bedrijf sloot zich ook aan bij het Incu-Tech 3-jarige programma op het Hong Kong Science Park en ontving zijn eerste inkomsten uit de prototypes. Het team heeft deelgenomen aan de eerste X-plan roadshow van Talent Development Forum in Great Bay Area, gehouden door de Hong Kong X Foundation. Het heeft ook deelgenomen aan het Entrepreneurship Forum in Bahrein, Midden-Oosten.