Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology i National Renewable Renewable Laboratory
Silnik cieplny stworzony przez inżynierów,to ogniwo termofotowoltaiczne (TVP), które wychwytuje fotony o wysokiej energii z żarowego źródła ciepła i przekształca je w energię elektryczną. Ten system powtarza ideę działania paneli słonecznych.
Element termiczny opracowany w MIT składa się ztrzy główne części. Wewnętrzna lustrzana warstwa złota jest kolejno pokryta dwiema warstwami stopów, z których górna (zewnętrzna) ma dużą przerwę wzbronioną, a dolna (pośrednia) ma nieco mniejszą szerokość. Pasmo zabronione - charakterystyka półprzewodników i dielektryków, minimalna energia wymagana do przejścia elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Warstwa zewnętrzna wychwytuje fotony z najwyższejenergię i zamienia ją w energię elektryczną. Stop pośredni wychwytuje i przekształca cząstki światła o niższej energii, które przechodzą przez pierwszą warstwę. Fotony, które dotarły do warstwy złota, odbijają się od powierzchni lustra i wracają do źródła ciepła. Takie podejście, zdaniem inżynierów, zmniejsza straty energii.
Badacze przetestowali stworzony pierwiastekza pomocą czujnika strumienia ciepła. Naukowcy skupili światło z lampy wysokotemperaturowej na silniku cieplnym i przetestowali, jak zmieniała się wydajność energetyczna elementu w zależności od temperatury. Pomiary wykazały, że w temperaturach od 1900°C do 2400°C sprawność opracowanego elementu TVP wynosiła 40%.
Schemat ideowy baterii termicznej. Źródło: Henry i in., MIT, Nature
Inżynierowie planują zamienić swoje elementy wwaga sieciowa baterii termicznej. Taki system absorbowałby nadmiar energii ze źródeł odnawialnych, takich jak słońce i magazynował ją w wysoce izolowanych, gorących słojach grafitowych. W razie potrzeby, na przykład w pochmurne dni, elementy TVP zamienią ciepło na energię elektryczną i dostarczą ją do sieci.
Ogniwa stalowe termofotowoltaicznenajnowszy krok w kierunku wykazania, że baterie termiczne są realną koncepcją. Jest to technologia bezpieczna, przyjazna dla środowiska, która może mieć wpływ na redukcję emisji gazów cieplarnianych.
Asegun Henry, profesor MIT i współautor badania
Według badaczy ponad 90%energia elektryczna na świecie wytwarzana jest ze źródeł ciepła (węgiel, gaz, energia jądrowa). Turbiny parowe to tradycyjny sposób przekształcania ciepła w energię elektryczną. W takich układach podgrzana para wodna obraca turbinę i wprawia w ruch generator elektryczny, którego pole magnetyczne wytwarza prąd przemienny.
Fizycy zauważają, że średnio turbiny paroweniezawodnie zamienia około 35% ciepła na energię elektryczną. Ponadto ruchome części układu są wrażliwe na temperaturę, dlatego wysokotemperaturowe źródła ciepła nie mogą współpracować z takimi turbinami.
Czytaj więcej
Po dziesięciu latach pracy naukowcy zakwestionowali standardowy model fizyki
Wewnątrz Ziemi jest inna „planeta”: jak uratowała rodzące się życie
Naukowcy rozumieją, co dzieje się w mózgu psa, gdy osoba mówi