记者21日从西北工业大学获悉，该校材料学院纳米能源材料研究中心李炫华教授团队破解了热化学电池长期面临的电解质离子大浓差难以构建的难题，实现功能器件电能和氢能的协同制备，为未来多元化能源的有效开发和创新设计提供了关键核心技术。其相关研究成果21日在国际期刊《科学》在线发表。

光催化增强热化学电池的机理图。 A 热化学电池工作机理图；B和C 光催化原位增强热化学电池机理图

低品位热能广泛存在于环境和工业过程，例如太阳能、地热能，以及车辆、工业、电子元器件发热等。由于缺乏经济高效的能源回收技术，部分能量基本被废弃。传统的热电技术在热功率方面存在限制，通常仅能提供较低的热功率。

光催化增强热化学电池的示意图

面对这一难题，李炫华团队通过学科交叉，基于热化学电池和光催化都使用氧化还原离子对的特点，采用铁氰根和亚铁氰根离子作为氧化还原电对，聚丙烯酸水凝胶作为基体。在光照下，热端产氧催化剂促进了铁氰根到亚铁氰根转化，同时产生氧气。冷端产氢催化剂促进了亚铁氰根到铁氰根转化，同时产生氢气。热端高浓度的亚铁氰根在热力学上增强了亚铁氰根到铁氰根的氧化反应，使得更多的电子转移到热电极上；而冷端附近高浓度的铁氰根在热力学上增强了铁氰根到亚铁氰根的还原反应，从而实现从冷电极吸引更多的电子。通过两个氧化还原离子的协同优化，成功获得了当前最高值2倍的热功率；同时，系统的太阳能到氢能转换效率达到0.4%。

在此基础上，研究团队构建了一个由36个单元组成的大面积光催化增强热化学电池 (112平方厘米），并在西安进行了实地测试。在室外光照6小时后，产生了4.4伏的开路电压和20.1毫瓦的功率，同时产生0.5毫摩尔的氢气和0.2毫摩尔的氧气。这使得系统能够满足小型电子设备对电能的需求，同时也为氢能的产生提供了一种绿色、高效的解决方案。这些优势使得光催化热电技术为未来能源转换和可持续发展提供重要支持，多元化的能源利用为未来科技的发展提供了更多的可能性，为清洁能源领域的创新发展做出了重要贡献。