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(wèn)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(lái)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(guò)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能這一過(guò)程。但現(xiàn)有機(jī)械能系統(tǒng)的效率相對(duì)較低，而且無(wú)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(lái)源的熱轉(zhuǎn)化為電力而無(wú)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(lái)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(lái)，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(méi)有得到有效使用。因此可以想見(jiàn)，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。