熱光伏系統(tǒng)(TPV)能將熱轉(zhuǎn)化為電,但其轉(zhuǎn)化效率一直比較低下。近日美國(guó)科學(xué)家研制出了一種新方法,對(duì)一塊鎢的表面進(jìn)行操作后,其釋放出的光波能被光電池最大限度地利用。并基于此思路研制出一種紐扣光電池,其能源轉(zhuǎn)化效率為同樣大小和重量鋰離子電池的4倍。相關(guān)研究發(fā)表在《物理學(xué)評(píng)論A》雜志上。
半個(gè)世紀(jì)前,科學(xué)家們就研制出了熱光伏系統(tǒng),這種系統(tǒng)讓一個(gè)光伏電池和任何熱源“聯(lián)姻”以加熱一種名為熱發(fā)射器的材料,隨后,熱發(fā)射器會(huì)朝光伏電池的二極管發(fā)射光和熱以產(chǎn)生電力。這種熱發(fā)射器發(fā)射的紅外線比太陽(yáng)光譜中的還要多。10年前問世的低能帶隙光伏材料能比標(biāo)準(zhǔn)硅基光伏電池吸收更多紅外線輻射。但是,熱量浪費(fèi)一直很嚴(yán)重,使得這些設(shè)備的能效比較低。
領(lǐng)導(dǎo)該研究的美國(guó)麻省理工學(xué)院軍用納米技術(shù)研究所(ISN)的工程師伊恩·塞蘭諾維茨表示,解決辦法是設(shè)計(jì)出一種新熱發(fā)射器,其僅僅發(fā)射出光伏電池的發(fā)光二極管能吸收、并能最大限度地將其轉(zhuǎn)化為電力的波長(zhǎng),同時(shí)抑制其他波長(zhǎng)。
塞蘭諾維茨團(tuán)隊(duì)在鎢的表面蝕刻了數(shù)十億個(gè)納米大小的凹坑。當(dāng)鎢吸收熱量時(shí)——不管熱量來自于太陽(yáng)、碳?xì)淙剂、正在衰變的放射性同位素還是其他熱源——其會(huì)發(fā)出亮光,而且發(fā)射光譜不斷變化,因?yàn)槊總(gè)凹坑就像一個(gè)諧振器,能釋放出特定波長(zhǎng)的光波。
他們基于此制造出了一塊紐扣電池,其由丁烷提供燃料,運(yùn)行時(shí)間是同樣重量鋰離子電池的4倍,當(dāng)電力耗盡后,只需加入少量新鮮燃料,就能立即給該電池充電。他們還制造出了另一塊由一種放射性同位素的衰變提供熱源的電池,其能持續(xù)發(fā)電30年,不需要添加燃料也不需要維修保養(yǎng),有望成為執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間太空飛行任務(wù)設(shè)備的理想電源。
美國(guó)能源部信息管理中心提供的數(shù)據(jù)表明,當(dāng)今所使用的能量中,有92%的能量都需要經(jīng)過將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能這一過程。但現(xiàn)有機(jī)械能系統(tǒng)的效率相對(duì)較低,而且無法縮小尺寸以應(yīng)用于傳感器、智能手機(jī)或醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備中。
塞蘭諾維茨表示:“能將不同來源的熱轉(zhuǎn)化為電力而無需移動(dòng)零件非常實(shí)用,廉價(jià)有效地并在小規(guī)模上做到這一點(diǎn)非常重要。”塞蘭諾維茨確信,進(jìn)一步的研究可將這種電池的能量密度提高3倍,“屆時(shí),新電池能讓智能手機(jī)持續(xù)使用一周。”
與太陽(yáng)能電池相比,熱光伏電池具有明顯的優(yōu)點(diǎn):可以不受晝夜、天氣、季節(jié)等自然因素影響,產(chǎn)生穩(wěn)定的電能。然而,能與熱光伏電池“來電”的,只有波長(zhǎng)在0.8—2微米的近紅外光,其他波長(zhǎng)的熱輻射都是興興而來,悻悻而歸。塞蘭諾維茨團(tuán)隊(duì)正是投其所好地把各種波長(zhǎng)的熱輻射都“整容”成了近紅外光。地球上所有溫度高于絕對(duì)零度的物體,都會(huì)發(fā)出熱輻射,而這些能量并沒有得到有效使用。因此可以想見,本文所述研究對(duì)節(jié)能降耗和減緩全球變暖都將可能產(chǎn)生重要意義。
- 改進(jìn)熱技術(shù) 光伏電池?zé)o需光
- 大幅提高新型熱光伏電池轉(zhuǎn)換效率的新方法
- 使用硫作為電池陰極材料 大幅度提高鋰電池容量
- GT Solar單鑄硅材料電池最高效率超19%
- 阿特斯太陽(yáng)能推出新型光伏電池
- 光伏電池關(guān)鍵設(shè)備全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)研制成功
- 廉價(jià)太陽(yáng)能電池新方法
- 提高電池管理系統(tǒng)能力 未來新能源汽車將越來越安全
- 密蘇里大學(xué)開發(fā)新的太陽(yáng)能高效收集技術(shù)
- 新型紙電池可提高RFID標(biāo)簽的工作性能和效率