Il Dr. Tony Shien-Ping Feng del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Hong Kong (HKU) e il suo team hanno inventato una cella di carica termica diretta (DTCC) che può convertire efficacemente il calore in elettricità, creando un enorme potenziale per ridurre l'effetto serra catturando il calore di scarico e riducendo gli sprechi di energia primaria.

La nuova invenzione è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista Comunicazioni sulla natura , e la ricerca è stata presentata in Comunicazioni sulla natura Pagina web dei punti salienti della redazione. Il Technology Transfer Office di HKU ha depositato il brevetto USA provvisorio dell'invenzione e il brevetto PCT (Patent Cooperation Treaty).

Il calore a bassa intensità è abbondantemente disponibile nei processi industriali (da 80 a 150 °C), così come nell'ambiente, esseri viventi, energia solare-termica (da 50 a 60°C) e geotermica. Oltre il 60% del fabbisogno mondiale di energia primaria, che si tratti del processo industriale o del consumo energetico domestico, viene sprecato come calore. La maggior parte di questa perdita come calore disperso è considerata come calore di bassa qualità.

Il DTCC di nuova concezione è una tecnologia elettrochimica rivoluzionaria che può aprire nuovi orizzonti alle applicazioni per convertire in modo efficiente il calore di bassa qualità in elettricità. Si tratta di un sistema semplice con l'unità base di soli 1,5 cmq e spessore da 1 a 1,5 mm. La cella è pieghevole, impilabile e di basso costo.

DTCC può essere utilizzato in HVAC (riscaldamento, ventilazione, e aria condizionata) per riciclare il calore di bassa qualità dal compressore e dal condensatore in elettricità per l'uso in dispositivi elettrici. Può essere integrato con il serramento per raccogliere energia solare termica per alimentare finestre elettrocromiche, o utilizzati come dispositivi portatili per alimentare iPhone o dispositivi salvavita nel deserto. Con la crescente popolarità della tecnologia indossabile, questo sistema potrebbe un giorno sfruttare il calore corporeo per alimentare dispositivi elettronici indossabili o dispositivi medici per monitorare le condizioni di salute del corpo come i livelli di zucchero nel sangue e la pressione sanguigna.

Il Dr. Feng ha dichiarato:"Un efficiente recupero del calore di bassa qualità può aiutare a ridurre le emissioni di gas serra, ma le attuali tecnologie per convertire questo calore in elettricità sono ancora lontane dall'essere ottimali. DTCC produce un'efficienza di conversione di oltre il 3,5%, superando tutti i sistemi termoelettrochimici e termoelettrici esistenti, che è troppo costoso o complicato, o troppo basso in termini di efficienza per le applicazioni quotidiane. DTCC è un design rivoluzionario con grandi potenzialità nei dispositivi energetici intelligenti e sostenibili."

La nuova cella di carica termica utilizza elettrodi asimmetrici:un catodo in ossido di grafene/platino (GO/Pt) e un anodo in polianilina (PANI) in Fe ₂ ⁺ /Fe ₃ ⁺ elettrolita redox tramite riscaldamento isotermico senza edificio di gradiente termico o ciclo termico. Quando riscaldato, la cella genera tensione tramite un effetto termo-pseudocapacitivo di GO e poi si scarica continuamente ossidando l'anodo PANI e riducendo Fe ₃ ⁺ a Fe ₂ ⁺ sotto riscaldamento isotermico sul lato del catodo fino a Fe ₃ ⁺ esaurimento. La conversione di energia funziona continuamente sotto riscaldamento isotermico durante l'intero processo di carica e scarica. Il sistema può essere autorigenerato una volta raffreddato. Questo meccanismo sinergico di rigenerazione chimica consente la ciclabilità del dispositivo.

Il team viene selezionato come uno dei 16 finalisti su 300 candidature e uno degli unici due finalisti a Hong Kong in competizione nell'Hello Tomorrow Regional Summit 2019, un concorso per le start-up per adattare la loro ricerca a usi commerciali del mondo reale, che si svolgerà a Singapore questo giovedì (7 novembre).

L'invenzione ha vinto il campionato nella HKU 2018 DreamCatchers 100K Entrepreneurship Competition. Il team ha costituito una start-up, Soluzione ad alte prestazioni, che è coadiuvato dal Technology Start-up Support Scheme for Universities (TSSSU). L'azienda ha inoltre aderito al programma triennale Incu-Tech presso l'Hong Kong Science Park e ha ricevuto i primi ricavi dai prototipi. Il team ha partecipato al primo roadshow di X-plan del Talent Development Forum nella Great Bay Area tenuto dalla Hong Kong X Foundation. Ha inoltre partecipato al Forum sull'imprenditorialità in Bahrain, Medio Oriente.