Forskare från Massachusetts Institute of Technology och National Renewable Renewable Laboratory
Värmemotor skapad av ingenjörer,är en termofotovoltaisk (TVP) cell som fångar högenergifotoner från en glödande värmekälla och omvandlar dem till elektricitet. Detta system upprepar idén om hur solpaneler fungerar.
Det termiska elementet som utvecklats vid MIT består avtre huvuddelar. Det inre spegelskiktet av guld är sekventiellt belagt med två lager av legeringar, vars övre (yttre) har ett högt bandgap och det nedre (mellanliggande) har en något mindre bredd. Bandgap - en egenskap hos halvledare och dielektrikum, den minsta energi som krävs för övergången av en elektron från valensbandet till ledningsbandet.
Det yttre lagret fångar fotoner från de högstaenergi och omvandlar den till elektricitet. Den mellanliggande legeringen fångar och omvandlar ljuspartiklarna med lägre energi som passerar genom det första lagret. Fotoner som nått guldskiktet reflekteras av spegelytan och återförs till värmekällan. Detta tillvägagångssätt, enligt ingenjörer, minskar energiförlusterna.
Forskarna testade det skapade elementetmed hjälp av en värmeflödesgivare. Forskarna koncentrerade ljuset från en högtemperaturlampa på sin värmemotor och testade hur energieffektiviteten hos elementet förändrades beroende på temperaturen. Mätningar visade att vid temperaturer från 1900°C till 2400°C var effektiviteten hos det utvecklade TVP-elementet 40%.
Schematisk bild av ett termiskt batteri. Källa: Henry et al., MIT, Nature
Ingenjörerna planerar att förvandla sina element tilltermisk batteri nätverksvåg. Ett sådant system skulle absorbera överskottsenergi från förnybara källor som solen och lagra den i högisolerade heta grafitburkar. Vid behov, till exempel på molniga dagar, kommer TVP-element att omvandla värme till el och leverera den till nätverket.
Termofotovoltaiska stålcellerdet senaste steget mot att visa att termiska batterier är ett hållbart koncept. Det är en säker, miljövänlig teknik som kan ha en inverkan på att minska koldioxidutsläppen.
Asegun Henry, MIT-professor och studiemedförfattare
Enligt forskare är över 90 %elektricitet i världen genereras från värmekällor (kol, gas, kärnenergi). Ångturbiner är det traditionella sättet att omvandla värme till el. I sådana system roterar uppvärmd vattenånga en turbin och sätter igång en elektrisk generator vars magnetfält skapar en växelström.
Fysiker noterar att i genomsnitt ångturbinerpå ett tillförlitligt sätt omvandla cirka 35 % av värmen till el. Dessutom är de rörliga delarna av systemet temperaturkänsliga, så högtemperaturvärmekällor kan inte fungera med sådana turbiner.
Läs mer
Efter tio års arbete ifrågasatte forskare fysikstandardmodellen
Det finns en annan "planet" inuti jorden: hur den räddade liv i början
Forskare förstår vad som händer i en hunds hjärna när en person pratar