Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology en het National Renewable Laboratory
Warmtemotor gemaakt door ingenieurs,is een thermofotovoltaïsche (TVP) cel die hoogenergetische fotonen van een gloeiende warmtebron opvangt en omzet in elektriciteit. Dit systeem herhaalt het idee van hoe zonnepanelen werken.
Het thermische element ontwikkeld aan het MIT bestaat uit:drie hoofdonderdelen. De binnenste spiegellaag van goud is achtereenvolgens bedekt met twee lagen legeringen, waarvan de bovenste (buitenste) een hoge bandafstand heeft en de onderste (tussenliggende) een iets kleinere breedte. Band gap - een kenmerk van halfgeleiders en diëlektrica, de minimale energie die nodig is voor de overgang van een elektron van de valentieband naar de geleidingsband.
De buitenste laag vangt fotonen van de hoogsteenergie en zet deze om in elektriciteit. De tussenlegering vangt en zet de lichtdeeltjes met lagere energie die door de eerste laag gaan, om. Fotonen die de goudlaag hebben bereikt, worden door het spiegeloppervlak gereflecteerd en teruggestuurd naar de warmtebron. Deze aanpak vermindert volgens ingenieurs energieverliezen.
De onderzoekers testten het gecreëerde elementmet behulp van een warmtefluxsensor. De wetenschappers concentreerden het licht van een hogetemperatuurlamp op hun warmtemotor en testten hoe de energie-efficiëntie van het element veranderde afhankelijk van de temperatuur. Metingen toonden aan dat bij temperaturen van 1900°C tot 2400°C het rendement van het ontwikkelde TVP-element 40% was.
Schematisch diagram van een thermische batterij. Bron: Henry et al., MIT, Nature
De ingenieurs zijn van plan om hun elementen om te zetten in:thermische batterij netwerk schaal. Een dergelijk systeem zou overtollige energie van hernieuwbare bronnen zoals de zon absorberen en opslaan in sterk geïsoleerde hete grafietpotten. Indien nodig, bijvoorbeeld op bewolkte dagen, zet TVP-elements warmte om in elektriciteit en levert deze aan het netwerk.
Thermofotovoltaïsche cellen zijn de nieuwste stap om aan te tonen dat thermische cellen een levensvatbaar concept zijn.Het is een veilige, milieuvriendelijke technologie die een impact kan hebben op het verminderen van de uitstoot van kooldioxide.
Henry Asegun, professor, MIT-professor en co-auteur van de studie
Volgens onderzoekers is meer dan 90%elektriciteit in de wereld wordt opgewekt uit warmtebronnen (kolen, gas, kernenergie). Stoomturbines zijn de traditionele manier om warmte om te zetten in elektriciteit. In dergelijke systemen laat verwarmde waterdamp een turbine draaien en zet een elektrische generator in beweging waarvan het magnetische veld een wisselstroom creëert.
Natuurkundigen merken op dat stoomturbines gemiddeldzet ongeveer 35% van de warmte op betrouwbare wijze om in elektriciteit. Bovendien zijn de bewegende delen van het systeem temperatuurgevoelig, zodat warmtebronnen met een hoge temperatuur niet kunnen werken met dergelijke turbines.
Lees verder
Na tien jaar werk zetten wetenschappers vraagtekens bij het standaardmodel van de natuurkunde
Er is nog een "planeet" in de aarde: hoe deze het leven in de dop heeft gered
Wetenschappers begrijpen wat er in de hersenen van een hond gebeurt als iemand praat