科學家們使用石墨烯重新發明廢棄的熱能轉換器技術

時間:2019-02-21

數十年前被廢棄的衛星供電技術已被重新發明,可以與傳統發電站合作,幫助他們更有效地將熱能轉化為電能,這意味著我們需要更少的化石燃料來燃燒發電。納米能源的一項新研究提出了一種原型能量轉換器,它使用石墨烯代替金屬,使其效率幾乎提高了七倍。


科學家們使用石墨烯重新發明廢棄的熱能轉換器技術


這項由斯坦福大學Roger Howe教授領導的研究背後的研究人員表示,新材料可以重新點燃熱離子能量轉換領域,改善我們的發電方式,減少這一過程對環境的影響。

能源是當今社會面臨的最具挑戰性的問題之一,估計有12億人無法獲得電力。熱能是世界上最豐富,最便宜和最廣泛使用的能源之一,但它是採用舊技術收穫的:美國80%以上的電力來自基於19世紀的機械熱力發動機和渦輪機。只能在大型發電站使用的技術。

或者,熱離子能量轉換器(TEC)可以更有效地將熱量轉換為電力,而不需要通過熱電子發射現象的大型昂貴設備。TECs最初是在20世紀50年代開發的,用於太空計劃,但科學家們還沒有設法使TECs足夠有效地應用於工業電力生產。現在,藉助現代材料和方法,可以顯著提高效率。

TEC由兩個電極組成,即發射極和集電極,由小的真空間隙隔開。研究人員測試了使用單片碳原子 - 石墨烯 - 而不是鎢作為收集器材料製成的原型TEC。他們發現新材料提高了TEC的效率,使其在1000℃時將熱量轉化為電能的效率提高了6.7倍

“TEC技術非常令人興奮。隨著效率的提高,我們希望看到一個巨大的市場,”主要作者,來自斯坦福大學的袁宏遠博士評論道。“TECs不僅可以幫助提高發電站的效率,因此對環境的影響更小,但它們也可以應用於太陽能電池等分佈式系統。未來,我們預計可以產生1-2千瓦的電力來自水鍋爐,這可能會為你的房子提供部分電力。“

現有的TEC技術面臨兩個障礙:陽極表面的高能量損失,導致輸出電壓降低,以及對集電極和發射極之間的間隙中移動的電子的高電阻,導致輸出電流減小。這款新原型首次同時解決了這兩個問題。該研究的結果顯示,能量轉換的電子效率為9.8% - 迄今為止在1000℃時的最高效率。

該技術尚未準備好在發電站或人們家中使用 - 原型工作在真空室但不在正常環境中。研究人員正在研究真空封裝的TEC,以測試該技術在實際應用中的可靠性和效率。

“這個原型只是第一步 - 還有很多工作要做,”袁博士說。“但到目前為止,我們的結果很有希望,反映了現代材料科學與老式能源技術之間的幸福結合,這為重新激發熱電子能量轉換領域提供了途徑.

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