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電池新技術(shù):熱轉(zhuǎn)化為電? 多鐵性材料讓其成為現(xiàn)實(shí)
來源:網(wǎng)絡(luò)來源 日期:2011-11-24 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

多鐵性材料一般都擁有鐵磁性、鐵電性或鐵彈性。鐵彈性的天然展示就是相變,即一種晶體結(jié)構(gòu)會(huì)突然變形為另一種,這種相變被稱為馬氏體相變。詹姆斯團(tuán)隊(duì)研發(fā)出馬氏體相變數(shù)學(xué)理論,并借此找到了一種方法,可系統(tǒng)地協(xié)調(diào)多鐵性材料的組成來打開和關(guān)閉該相變。

一般而言,金屬會(huì)打開磁性,但磁滯現(xiàn)象會(huì)阻礙其發(fā)生。詹姆斯表示:“關(guān)鍵是操縱合金的組成,使發(fā)生馬氏體相變的兩個(gè)晶體結(jié)構(gòu)能完美地共處,這樣,相變的磁滯現(xiàn)象會(huì)顯著減少,可逆性大大增加。為了確保磁滯下降,我們需要真的看到被協(xié)調(diào)合金內(nèi)出現(xiàn)完美的接口。”

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,從1824年開始,工程師們就已學(xué)會(huì)利用液體水和氣體水之間的相變來發(fā)電,F(xiàn)在,美國科學(xué)家開始探索使用名為多鐵性材料的金屬合金發(fā)生“相變”來直接將熱轉(zhuǎn)化為電。

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的理查德·詹姆斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)希望利用多鐵性材料中自然出現(xiàn)的相變代替水的相變來發(fā)電,他表示,讓水沸騰和冷凝需要龐大的壓力容器和熱交換器。

為此,詹姆斯和比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)材料科學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室(因?yàn)槭褂秒娮语@微鏡研究相變而著名)的尼克·斯庫瑞沃斯攜手,對(duì)赫斯勒合金家族中的“成員”進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。赫斯勒合金由19世紀(jì)德國采礦工程師康拉德·赫斯勒首先制成,盡管組成該合金的金屬都沒有磁性,但其卻擁有驚人的磁性,也有馬氏體相變。

詹姆斯團(tuán)隊(duì)改變了赫斯勒合金Ni2MnSn的基本組成,讓其變身為Ni45Co5Mn40Sn10。詹姆斯表示:“Ni45Co5Mn40Sn10是一種令人驚嘆的合金,低溫相沒有磁性,但高溫相卻擁有強(qiáng)磁性,就像發(fā)電廠中發(fā)生相變的水一樣。如果用小線圈環(huán)繞該合金,并通過相變加熱它,磁性的突變會(huì)在線圈產(chǎn)生電流。在這一過程中,合金會(huì)吸收一些潛熱,將熱直接變?yōu)殡姟?rdquo;

這項(xiàng)技術(shù)將具有深遠(yuǎn)的影響,人們有望不再需要為發(fā)電廠配備龐大的壓力容器、運(yùn)送和加熱水的排水設(shè)施以及熱交換器。而且,這一原理也適用于地球上很多溫差小的熱源。詹姆斯說:“我們甚至能使用海洋表面和幾百米深處的溫差來發(fā)電。”

科學(xué)家們也研制出了這種設(shè)備的薄膜版本,其可用于計(jì)算機(jī)中,將計(jì)算機(jī)排出的廢熱轉(zhuǎn)化為電給電池充電。詹姆斯強(qiáng)調(diào)說,這只是馬氏體相變用于能源轉(zhuǎn)化的諸多應(yīng)用中的幾個(gè)。這兩個(gè)相位除了磁性不同之外,還有很多物理屬性也不同,可用于用熱發(fā)電。

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