近日，我院陈弘毅副教授与中国科学院科学院上海硅酸盐等单位合作，在顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)发表了题为“基于锌离子电池热再生电化学循环的废热回收利用(“Efficient Harvesting Waste Heat by Zn-lon Battery Under Thermally Regenerative Electrochemical Cycles”)的研究论文。中南大学化学化工学院为第一单位，陈弘毅副教授、纪效波教授、史迅教授为通讯作者，2020级冶金物化专业博士孙小灵为第一作者。

在能源危机与气候挑战并存的背景下，低品位废热（T＜100℃）的回收利用具有显著的能源价值、环境效益与经济意义，对构建绿色低碳社会至关重要。基于热再生电化学循环（TREC）的技术体系，可通过在电化学循环过程中输入废热并释放额外电能的方式实现废热回收发电。然而，传统TREC技术多采用以Cu、Ag和活性炭为负极的非典型电池体系，其温度系数相对较低，导致系统在废热回收过程中呈现较低的热电转换效率与能量效率（充放电能量密度比值）。

本研究成功研制出一种热再生电化学锌离子电池，实现了废热向电能的高效转化。通过向电解液引入NiSO₄，在锌负极表面构建出高熵可逆Zn/Ni层状双氢氧化物（LDH）反应层，显著增加了Zn/Zn⟡⁺电极反应的离子种类，成功将阳极温度系数从0.667 mV·K⁻¹提升至2.116 mV·K⁻¹，并最终在NiHCF//Zn-LDH全电池体系中实现了-2.944 mV·K⁻¹的温度系数突破。该电池体系在室温条件下经650次循环（1 C倍率）后容量衰减率低于1.93%，展现出优异的循环稳定性。尤其值得关注的是，当NiHCF//Zn-LDH电池在50℃充电、5℃放电的工况下运行时，可获得104.11%的高能量效率与26.08%的相对卡诺效率。该研究成果表明，热再生锌离子电池可在储能过程中同步实现高效的废热回收利用。

     DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202418482

此外，我院陈弘毅副教授与东华大学，中国科学院上海硅酸盐研究所等单位合作，在热电转化器件方面取得重大突破。相关成果以“Atomic-scale interface strengthening unlocks efficient and durable Mg-based thermoelectric devices”为题发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。该工作我院陈弘毅副教授为共同第一作者，负责第一性原理计算和分子动力学模拟的内容。

热电技术可实现将废热直接转换为电能的功能，在工业节能与碳中和领域展现出重要应用潜力。然而，热电器件的长期服役稳定性问题，特别是电极与热电材料界面处的性能衰减现象，已成为制约其实际应用的主要障碍。传统界面体系中普遍存在元素互扩散与化学反应问题，由此生成的微米级界面反应层会引发接触电阻升高、机械性能劣化及热应力集中，最终造成器件能效衰退与服役寿命缩短。虽然近年来热电材料本征性能（如无量纲优值zT）已获得显著突破，但界面稳定性仍是限制其走向实际应用的核心挑战。

本研究聚焦于镁基热电材料体系（MgAgSb与Mg₃SbBi），创新性提出原子尺度直接键合界面构筑策略。通过高通量筛选技术发现钴（Co）作为理想接触介质，研究团队成功构筑了低电阻、高强度的Co/MgAgSb界面体系，并借助实验表征与理论计算揭示了其本征稳定机制。该突破性设计不仅显著提升了模块能量转换效率，成功制备出具有超低界面电阻率（2.5 μΩ cm）与强界面结合力（60.6 MPa）的MgAgSb/Co热电结，更在573 K工况下实现了超过1,440小时的长期热循环稳定性，为热电技术在工业废热回收领域的大规模工程化应用提供了关键技术支持。

DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02167-0

上述研究工作均获得了国家自然科学基金项目的支持。