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將來自環境的低品位熱能轉化為電能，對于緩解能源危機和調整能源配置具有極大的可持續性。然而，當采用半導體時，熱充電裝置通常會遭受較差的轉換效率。因此，必須進一步設計和考慮具有增強性能的新型熱充電電池。

宣益民院士/張校剛Nat. Commun.: 鋅離子熱充電電池實現低品位熱轉換和儲能

在此，南京航空航天大學宣益民院士及張校剛教授等人打破熱電系統的傳統，提出并展示了一種新的鋅離子熱充電電池（ZTCC），通過插層正極（VO₂-多孔碳（PC））的熱提取/插層和熱擴散過程以及鋅負極的剝離/電鍍行為實現高性能低品位熱轉換和Zn²⁺存儲。值得一提的是，PC中均勻分布的VO₂提供了豐富的電活性位點，為Zn²⁺存儲提供了高容量和快速的動力學。

此外，碳基體可以充當電荷傳輸的連續路徑和電解液離子擴散的通道。因此，VO₂-PC可以實現12.5 mV K^-1的高熱電勢，有利于熱電效應（Thermogalvanic Effect）和熱擴散效應（Thermodiffusion Effect）的協同作用。

圖1. ZTCC的構建和性能

此外，概念驗證裝置顯示出令人滿意的應用潛力，可用于從廢熱中獲取能量。ZTCCs在45 K的溫差下表現出約1 V的高輸出電壓和創紀錄的1220 μW輸出功率以及0.95% 的轉換效率（相對卡諾效率為7.25%）。

其中，VO₂ -PC表現出優異的鋅離子存儲行為，例如高比容量（588 mAh g^-1@ 0.1 A g^-1）、良好的倍率性能（80 mAh g^-1@ 20 A g^-1）及超過50000次循環的令人印象深刻的循環穩定性。此外，兩個串聯的可穿戴ZTCC在電子領域展示了高可用性和耐用性。所有研究結果都證實，所提出的ZTCC將成為有前途的低品位能量轉換和存儲的潛在候選者，對相關機制的詳細研究可能為鋅基器件的開發提供深刻的見解。

圖2. 可穿戴ZTCC的示意圖及性能

Zinc ion thermal charging cell for low-grade heat conversion and energy storage, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27755-x

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