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香港大學工程團隊研發嶄新熱電轉換技術

瀏覽:239次    更新時間:2019-11-06 10:51:21

香港大學機械工程系馮憲平博士團隊研發的「直接熱充電電池」(Direct Thermal Charging Cell, DTCC),能有效把低溫廢熱(溫度低于100°C)轉化為電能,循環再用,為目前的熱電轉換技術帶來嶄新突破。

 

研究成果已在權威期刊《自然通訊》發佈,更被期刊挑選刊登在編輯精選頁。發明已透過港大技術轉移處申請美國臨時專利和PCT(Patent Cooperation Treaty)專利。

 

低溫廢熱廣泛存在工業生產(80-150°C)、家用電器操作例如冷氣機、雪柜等的過程中。而原生能源在轉化成有用能源的過程中,超過六成是變成廢能浪費掉,廢能中主要是以廢熱的形式排放至環境中。科學家一直尋找有效方法,把廢熱回收轉化成有用能源,循環再用。

 

馮博士團隊研發的「直接熱充電電池」,能在一般的環境下,直接把低溫廢熱轉化成電能。應用的范圍很廣,例如把電池接合空調系統,轉化排出的廢熱為電能發電;電池可把太陽能(約50-60°C)轉化為電能,為電子產品充電,或整合到大廈的窗框上為電致變色窗供電等;又可把人體體溫直接轉化,為各種智能用途提供電源。

 

電池的厚度只有1-1.5mm,每個電池單元面積只有1.5平方公分(cm sq.),結合起來,可開發成便攜式折迭裝置,用于野外收集熱能作應急求生之用,或應用于體感發電,以及可戴的智能科技產品,貼在身體上用作監測血糖、血壓等生命跡象作醫療監測用途。

 

馮博士指出,能夠有效回收低溫廢熱,將能顯著減少溫室氣體的排放,并減少初級能源以廢熱形式被浪費,有利地球資源的可持續發展。

 

他說:「從科學角度,回收低溫廢熱在技術上很困難,在一般環境溫度下更難達到。而「直接熱充電電池」是目前能克服技術障礙的發明。我們研發的技術在低溫環境下,單一元件的熱電轉換效率超過3.5%,即有效把約3.5%的廢熱轉化成電能,這在技術和理論層面來説,均是個突破。」

 

目前較廣泛使用的固態熱電(Thermoelectric,簡稱TE)裝置熱電轉換器,其成本高且在低溫條件下的運行效果不理想,熱電轉換效率小于1%。以液體為基礎的熱電化學電池(Thermoelectrochemical cell ,簡稱TEC),其利用溫度差或熱循環建立溫度梯度藉以回收廢熱的方式,由于轉換效率太低或系統太復雜而不合乎實際應用。

 

馮博士的團隊使用不對稱電極,以氧化石墨烯/鉑金為陰極和聚苯胺作為陽極,在毋須建立溫度梯度或熱循環下,在鐵二價離子與鐵三價離子的電解液中恒溫加熱下操作。而有別于一般的電池需要充電運作,「直接熱充電電池」是一個可自行再生的能量轉換循環系統 —當電池接觸廢熱或太陽熱力溫度提升時,即會自動充電和發電;當電池溫度降低至室溫后,即靜待下次的充電放電循環。

 

「這系統不僅是目前最高效的技術,更徹底改變了熱電轉化系統的設計,其設計簡單、輕薄容易攜帶,又容易迭加層數搭配串并聯的方式來增加轉化電力功率,成本低,開拓未來輕便熱電轉化電池的嶄新模式,除了收集廢熱,更能應用在各種智能用途上,潛力非常巨大。」馮博士補充說。

 

研究團隊將參加11月7日在新加坡舉行的2019 Hello Tomorrow深科技創業國際賽地區賽,是香港僅兩隊晉身決賽的其中一隊。Hello Tomorrow目的是凝聚最優秀的深科技創業家,促進深科技及企業發展,以解決全球面對最艱難的挑戰。今年的區域賽有300支團隊參加,最后篩選16隊晉入決賽。

 

這項技術獲香港大學2018年DreamCatchers 100K創業大賽冠軍。團隊又應邀參加由創科香港基金會舉辦的第一屆大灣區人才發展論壇X-Plan路演,并獲邀參加中東巴林的創業論壇。2019年,團隊在大學科技初創企業資助計劃下成立初創公司海柏斯股份有限公司,并參與了香港科學園的科技創業培育計劃(Incu-Tech),獲得第一筆營收。

瀏覽:3次    更新時間:2018-02-19 08:27:21

         

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