恢复空间能源技术使发电站更有效率

   日期:2020-06-21     浏览:39    评论:0    
核心提示:恢复空间能源技术使发电站更有效率由爱思唯尔带有石墨烯收集器的热离子能量转换器原型示意图。来源:爱思唯尔几十年前被废弃的卫

恢复空间能源技术使发电站更有效率
由爱思唯尔

带有石墨烯收集器的热离子能量转换器原型示意图。来源:爱思唯尔
几十年前被废弃的卫星发电技术已经被重新发明,有望与传统发电站合作,帮助它们更有效地将热量转化为电能,这意味着我们将需要更少的化石燃料来发电。纳米能源领域的一项新研究展示了一种原型能源转换器,它使用石墨烯代替金属,使其效率提高了近7倍。


由斯坦福大学Roger Howe教授领导的这项研究背后的研究人员说,新材料可以重新点燃热离子能量转换领域,改善我们的发电方式,减少发电过程对环境的影响。

能源是当今社会面临的最具挑战性的问题之一,估计有12亿人没有电可用。热能是最丰富的,便宜,而且世界上广泛使用的能源,但它是使用老技术收获:在美国超过80%的电力来自于机械热发动机和涡轮机基于19世纪技术只能用于大型电站。

另外,热离子能量转换器(TEC)可以通过热离子发射现象更有效地将热转换为电能,而不需要大型、昂贵的设备。TECs最初是在20世纪50年代开发的,用于太空项目,但科学家们还没有使TECs的效率足够高,用于工业发电。现在,有了现代的材料和方法,有可能大大提高它们的效率。

图为TEC原型在斯坦福实验室运行期间的照片。来源:爱思唯尔
TEC由两个电极组成,即发射极和集电极,中间有一个小的真空间隙。研究人员测试了使用单一碳原子薄片——石墨烯——而不是钨作为收集器材料制成的TEC原型。他们发现这种新材料提高了TEC的效率,使其在1000摄氏度时将热能转化为电能的效率提高了6.7倍

“TEC技术非常令人兴奋。随着效率的提高,我们期望看到一个巨大的市场。”TECs不仅可以帮助电站提高效率,从而降低对环境的影响,而且还可以应用于分布式系统,比如太阳能电池。在未来,我们设想有可能从热水器产生1-2千瓦的电力,这可以部分为你的房子提供电力。”

 

现有的TEC技术面临两个障碍:阳极表面的能量损失大,导致输出电压降低;集电极和发射器之间的间隙对电子移动有高的电屏障,导致输出电流降低。新原型第一次同时解决了这两个问题。研究结果显示,电子在能量转换方面的效率为9.8%——到目前为止最高的效率为1000摄氏度。

这项技术还没有准备好用于发电站或人们的家庭——该原型在真空室中工作,但不能在正常设置下工作。研究人员目前正在研制一种真空包装的TEC,以测试该技术在实际应用中的可靠性和效率。

“这个原型只是第一步——还有很多事情要做,”袁博士说。“但到目前为止,我们的研究结果很有前景,反映了现代材料科学与传统能源技术的完美结合,这为重新点燃热离子能量转换领域提供了一条途径。”

 
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