علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمختبر الوطني للطاقة المتجددة
محرك حراري تم إنشاؤه بواسطة المهندسين ،هي خلية حرارية ضوئية (TVP) تلتقط فوتونات عالية الطاقة من مصدر حراري متوهج وتحولها إلى كهرباء. يكرر هذا النظام فكرة كيفية عمل الألواح الشمسية.
يتكون العنصر الحراري الذي تم تطويره في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا منثلاثة أجزاء رئيسية. طبقة المرآة الداخلية من الذهب مطلية بالتتابع بطبقتين من السبائك ، تحتوي الطبقة العلوية (الخارجية) على فجوة شريطية عالية ، والطبقة السفلية (المتوسطة) ذات عرض أصغر قليلاً. فجوة النطاق - سمة من سمات أشباه الموصلات والعوازل الكهربائية ، وهي الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لانتقال إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل.
تلتقط الطبقة الخارجية الفوتونات من أعلىالطاقة وتحويلها إلى كهرباء. تلتقط السبيكة الوسيطة وتحول جزيئات الضوء ذات الطاقة المنخفضة التي تمر عبر الطبقة الأولى. تنعكس الفوتونات التي وصلت إلى الطبقة الذهبية على سطح المرآة وتعود إلى مصدر الحرارة. هذا النهج ، وفقًا للمهندسين ، يقلل من فقد الطاقة.
اختبر الباحثون العنصر الذي تم إنشاؤهباستخدام مستشعر تدفق الحرارة. ركز العلماء الضوء من مصباح عالي الحرارة على محركهم الحراري واختبروا كيف تغيرت كفاءة الطاقة للعنصر تبعًا لدرجة الحرارة. أظهرت القياسات أنه عند درجات حرارة من 1900 درجة مئوية إلى 2400 درجة مئوية ، كانت كفاءة عنصر TVP المطور 40٪.
رسم تخطيطي للبطارية الحرارية. المصدر: Henry et al.، MIT، Nature
يخطط المهندسون لتحويل عناصرهم إلى ملفاتمقياس شبكة البطارية الحرارية. مثل هذا النظام يمتص الطاقة الزائدة من مصادر متجددة مثل الشمس ويخزنها في أوعية عالية العزل من الجرافيت. إذا لزم الأمر ، على سبيل المثال ، في الأيام الملبدة بالغيوم ، ستقوم عناصر TVP بتحويل الحرارة إلى كهرباء وتزويدها بالشبكة.
الخلايا الفولاذية الحراريةأحدث خطوة نحو إثبات أن البطاريات الحرارية هي مفهوم قابل للتطبيق. إنها تقنية آمنة وصديقة للبيئة ويمكن أن يكون لها تأثير على تقليل انبعاثات الكربون.
أسيغون هنري، أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الدراسة
وفقًا للباحثين ، أكثر من 90٪يتم توليد الكهرباء في العالم من مصادر الحرارة (الفحم والغاز والطاقة النووية). التوربينات البخارية هي الطريقة التقليدية لتحويل الحرارة إلى كهرباء. في مثل هذه الأنظمة ، يقوم بخار الماء الساخن بتدوير التوربين ويقوم بتشغيل مولد كهربائي ينتج مجاله المغناطيسي تيارًا متناوبًا.
لاحظ الفيزيائيون أن التوربينات البخارية في المتوسطتحويل حوالي 35٪ من الحرارة إلى كهرباء بشكل موثوق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأجزاء المتحركة من النظام حساسة لدرجة الحرارة ، لذلك لا يمكن لمصادر الحرارة العالية الحرارة العمل مع هذه التوربينات.
قراءة المزيد
بعد عشر سنوات من العمل ، شكك العلماء في النموذج القياسي للفيزياء
هناك "كوكب" آخر داخل الأرض: كيف أنقذ الحياة الوليدة
يفهم العلماء ما يحدث في دماغ الكلب عندما يتحدث الشخص