UNIST 和南洋理工大學的研究人員開發了一種熱再生電化學循環(TREC) 系統，提供了一種將低品位熱轉化為可用能源的新方法。該系統透過了解結構振動模式（特別是水分子中的結構振動模式）的作用而增強，顯示出改善小溫差能量轉換的潛力。TREC 系統的此類進步可能會徹底改變穿戴式科技和二次電池中低品位熱量的使用。

UNIST 能源與化學工程學院Hyun-Wook Lee 教授（左）與他的研究團隊。圖片來源：UNIST

由研究人員團隊開發的突破性TREC 系統利用結構振動模式，有效地將低品位熱轉換為能量。這項進步可能會改變穿戴式科技和二次電池的能量轉換。

由蔚山國立科學技術學院(UNIST) 能源與化學工程學院的Hyun-Wook Lee 教授和Dong-Hwa Seo 教授共同領導的研究小組，與南洋理工大學的Seok Woo Lee 教授合作新加坡大學在利用低品位熱源（ <100°C）進行高效率能源轉換方面取得了重大突破。他們的開創性工作重點是開發高效的熱再生電化學循環（TREC）系統，該系統能夠將微小的溫差轉化為可用能量。

圖1. 示意圖顯示電池和TREC 系統的不同機制。雖然電池系統（左）會損失一些儲存的能量作為無法使用的能量，但TREC 系統（右）可以在電池循環過程中將低品位廢熱能轉換為電化學能。圖片來源：UNIST

傳統的能量收集系統在有效利用低品位熱源方面面臨挑戰。然而，TREC 系統提供了一個相當有吸引力的解決方案，因為它們將電池功能與熱能收集功能整合在一起。在這項研究中，研究團隊深入研究了結構振動模式在增強TREC 系統功效方面的作用。

透過分析共價鍵的變化如何影響振動模式（特別是影響結構水分子），研究人員發現，即使是微量的水也會在氰化物配體的A1g 拉伸模式中引起強烈的結構振動。這些振動大大導致了TREC 系統內較大的溫度係數(ɑ)。基於這些見解，團隊使用鈉離子水電解質設計並實施了高效的TREC 系統。

圖2. TREC 原理與PBA 結構中水分子的影響。（上）去除水分子對CuHCFe 結構和共價變化(-ICOHP/eV) 的影響。給出了Cu─N 和Fe─C 鍵的平均-ICOHP 值以及6 個Fe─C 鍵的-ICOHP 值的SD。（中）水分子對氰化物配體伸縮振動模式的影響。（下）d) TREC 全電池和半電池所收穫的功量。低溫和高溫分別為10 和60 °C。基於O/Cu-x，全電池的電流密度設定為0.5 C (30 mA g−1)。圖片來源：UNIST

「這項研究為結構振動模式如何增強TREC 系統的能量收集能力提供了寶貴的見解，」Hyun-Wook Lee 教授解釋道。“我們的研究結果加深了我們對普魯士藍類似物受這些振動模式調節的內在特性的理解，為改善能量轉換開闢了新的可能性。”

TREC 系統的潛在應用非常廣泛，特別是在穿戴式科技和其他有小溫差的裝置中。透過有效捕獲低品位熱量並將其轉化為可用能源，TREC 系統為開發下一代二次電池提供了一條有前途的途徑。