Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Крошечный тепловой двигатель без движущихся частей достиг невероятного энергетического рубежа
19.04.2022

Крошечный тепловой двигатель без движущихся частей достиг невероятного энергетического рубежа

Оценка: 0.0    495 0 Наука и Технологии
08:59

Ученые надеются, что твердотельные термофотоэлектрические элементы (ТФЭ) без движущихся частей смогут достичь более высокой эффективности при более высоких температурах, когда речь идет о преобразовании тепла в электричество - и проложить путь к электросетям, полностью основанным на возобновляемых источниках энергии.

Один из таких TPV-элементов установил новый мировой рекорд эффективности - 40 процентов, сообщают исследователи. Это лучше, чем у паровых турбин, традиционно используемых для преобразования тепла в электричество, которые обычно достигают 35% и имеют верхний температурный предел.

ТПВ преобразуют высокоэнергетические фотоны из раскаленных источников тепла в электричество. В сочетании с тепловыми батареями они могут улавливать энергию Солнца и хранить ее, высвобождая электричество по мере необходимости.

"Одним из преимуществ твердотельных преобразователей энергии является то, что они могут работать при более высоких температурах с меньшими затратами на обслуживание, потому что у них нет движущихся частей", - говорит инженер-механик Асегун Генри из Массачусетского технологического института (MIT).

"Они просто сидят там и надежно генерируют электричество".

Термофотоэлектрический элемент, участвующий в рекордном преобразовании, может вырабатывать электричество из источников тепла при температуре от 1900 до 2400 градусов Цельсия (3452-4352 градусов по Фаренгейту). Эти температуры слишком высоки для работы обычных паровых турбин из-за наличия подвижных частей.

Теперь эффективность этих элементов также растет, что делает их более жизнеспособными. Предыдущий рекорд составлял 32 процента, в то время как большинство ячеек TPV, произведенных на сегодняшний день, имеют КПД около 20 процентов.

Рекорд эффективности был измерен с помощью датчика теплового потока для измерения тепла, поглощаемого ячейкой размером около сантиметра в квадрате. Высокотемпературная лампа использовалась для изменения количества тепла, которому подвергалась ячейка, что показало, что она действительно подходит для установки в более крупную систему.

"Мы можем получить высокую эффективность в широком диапазоне температур, характерном для тепловых батарей", - говорит Генри.

Повышение эффективности в основном связано с используемыми материалами, которые имеют так называемую низкую полосу пропускания - зазор, через который должны пройти электроны для выработки электричества. В данном случае исследователи использовали материалы с более высокой пропускной способностью, а также несколько стыков (или слоев материала).

Используются три слоя: сплав с высокой пропускной способностью для улавливания высокоэнергетических фотонов и превращения их в электричество, сплав с низкой пропускной способностью для улавливания низкоэнергетических фотонов, проскользнувших через первый слой, и золотое зеркало для отражения фотонов, прошедших весь путь, обратно к источнику тепла, что позволяет минимизировать потери тепла.

Доказав работоспособность, надежность и эффективность термофотоэлектрического элемента, ученые могут приступить к работе по его расширению и комбинированию с другими элементами для создания полноценной системы производства энергии - причем такой, которая не производит углерода в процессе использования.

"Термофотоэлектрические элементы были последним ключевым шагом на пути к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией", - говорит Генри. "Это абсолютно важный шаг на пути к распространению возобновляемой энергии и переходу к полностью декарбонизированной энергосистеме".

Исследование было опубликовано в журнале Nature.


 
Источник:  https://earth-chronicles.ru/

Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

ТОП Новостей
Материалов за сегодня нет.
Разговоры у камина
Календарь