■馮憲平團隊另闢蹊徑，成功研製出「直接熱充電電池（DTCC）」。 香港文匯報記者 攝人類社會相信每個人各有才華應盡展所長，而在能源世界，亦可以天生我「能」必有用。100℃以下的低溫廢熱，是機械、電器運作常見的副產品，亦是最難收集重用的能量形式，往往只能透過散熱丟棄，過程中更會引發環境問題。香港大學學者馮憲平的團隊，在熱電轉換的技術基礎上另闢蹊徑，以帶電荷的化學離子（ions）代替電子設計出新系統，並改用「溫度循環」的方式，成功研製出「直接熱充電電池（DTCC）」，每度溫差的發電效能比傳統熱電材料高出25倍。即使在室溫下，薄薄一片電池組的產電亦能驅動小型電子器材，將低溫廢熱化「廢」為「寶」，為未來可持續發展打開一扇窗。
■香港文匯報記者 郭虹宇、任智鵬
在現有能源體系，從原始能源與燃料到最終應用，過程有逾七成能量未有成功轉化，主要以廢熱形式損失掉。例如發電廠燃煤推動發電機，整個環境都是數百度的高溫狀態，需要引大量的水幫助冷卻散熱，同時亦會嘗試將部分廢熱回收。
相比起能量集中的高熱狀態，100℃以下的低溫廢熱（low-grade waste heat）更普遍存在於工業機械、汽車、電器中，佔廢熱總量達六成，而且由於溫差小，回收難度高得難以想像。
突破低溫廢熱發電技術瓶頸
港大機械工程系副教授馮憲平團隊，成功突破低溫廢熱發電的技術瓶頸研製出DTCC，並正逐步產業化開拓不同應用可能（見另稿）。
他介紹說，「廢熱有很多處理方式，比如將廢熱存起來，或廢熱轉電，當中熱電半導體大概五十年前已開始有很多人研究。」
熱電半導體利用熱電效應（Thermoelectric effect），當兩端一邊加熱一邊冷卻，利用溫差方式，讓材料內部的電子來回移動，從而產生電壓，傳統的半導體熱電轉換器便是以此製成。不過馮憲平指，此技術每度溫差只能產生約200μV（微伏，即10萬分之一伏）電壓，需要數百度的高溫差環境才能有效產電，難以用於低溫廢熱。
此外，轉換器厚度亦有限制，太薄未能維持溫差，太厚則會因電阻問題加劇能量消耗減低成效，而且涉及稀有金屬，成本也相對較高。
放電時產氧化 冷卻後發生還原
為此他改變思路採用「離子電力系統」，以離子取代電子作為能量載體研製了DTCC，使用不對稱電極，以氧化石墨烯/鉑金作為陰極，以聚苯胺作為陽極，加上以鹽水為主，及大量鐵二價與鐵三價離子作為電解液，利用溫度循環，即是加熱冷卻、再加熱、再冷卻的方式運作。加熱時，「氧化石墨烯本身帶負電，就會去抓取在電解液中的帶正電的離子，一抓離子就會產生電容，電壓隨之上升，當電壓到達某個程度時開始放電」。
至於陰極的導電高分子，則會在電壓達到一定高度時，不斷氧化放電，「利用鐵離子的氧化還原作用，放電的時候產生氧化，冷卻下來後會自己發生還原，就像自身修復一樣。」
此發明成功將每度溫差產生電壓提升25倍至5mV以上，即使在30℃到90℃低溫差狀態亦能有效操作，熱電轉換效率亦達到5%以上，成為「可能改變遊戲規則的綠色能源」。
馮憲平並提到，離子系統於熱能發電尚存更龐大的潛能，由於電壓變化存在於多元的電極組合中，而非只限於材料內部，「世界上，電子只有一種，但離子有很多種」，此舉大大增加探索不同材料以進一步提升效能的可能性，亦讓離子熱電（ionic thermal electrics）成為近兩三年的新興熱門領域。