Исследователи, стоящие за исследованием во главе с проф. Роджер Хоу из Стэнфордского университета говорит, что новые материалы могут возродить сферу термоэлектронного преобразования энергии, улучшив способ производства электроэнергии и снизив влияние этого процесса на окружающую среду.
Энергия – одна из самых сложных проблем, с которыми сегодня сталкивается общество, по оценкам 1.2 миллиарда человек не имеют доступа к электричеству. Тепловая энергия – один из самых распространенных, дешевых и широко используемых источников энергии в мире, но ее получают с использованием старых технологий: более 80 процентов электроэнергии, вырабатываемой в США, поступают от механических тепловых двигателей и турбин, созданных в XIX веке. технология, которую можно использовать только на больших электростанциях.
В качестве альтернативы термоэлектронный преобразователь энергии (TEC) может более эффективно преобразовывать тепло в электричество без необходимости в большом дорогом оборудовании за счет явления термоэлектронной эмиссии. ТИК были впервые разработаны в 1950-х годах для использования в космических программах, но ученым не удалось сделать ТИК достаточно эффективными, чтобы их можно было применять в промышленном производстве электроэнергии. Теперь, используя современные материалы и подходы, можно значительно повысить их эффективность.
ТЭО состоит из двух электродов, а именно эмиттера и коллектора, разделенных небольшим вакуумным зазором.
Исследователи протестировали прототип ТЭО, сделанный с использованием одного листа атомов углерода – графена – вместо вольфрама в качестве материала коллектора. Они обнаружили, что новый материал повысил эффективность ТЭО, сделав его 6.В 7 раз эффективнее преобразование тепла в электричество при 1000?C
«Технология TEC очень интересна. «С повышением эффективности мы ожидаем увидеть огромный рынок для этого», – прокомментировал ведущий автор Dr. Хунюань Юань из Стэнфордского университета. «TEC могут не только помочь сделать электростанции более эффективными и, следовательно, иметь меньшее воздействие на окружающую среду, но они также могут быть применены в распределенных системах, таких как солнечные батареи. В будущем мы предполагаем, что можно будет вырабатывать 1-2 кВт электроэнергии из водогрейных котлов, которые могут частично снабжать энергией ваш дом."
Существующая технология ТЭО сталкивается с двумя препятствиями: высокие потери энергии на поверхности анода, что приводит к снижению выходного напряжения, и высокие электрические барьеры для электронов, движущихся в зазоре между коллектором и эмиттером, что приводит к снижению выходного тока. Впервые новый прототип решает обе эти проблемы одновременно. Результаты исследования показывают, что электронный КПД преобразования энергии составляет 9.8 процентов – наивысший КПД при 1000?C.
Технология еще не готова для использования на электростанциях или в жилых домах – прототип работает в вакуумной камере, но не в нормальных условиях.
В настоящее время исследователи работают над TEC в вакуумной упаковке, чтобы проверить надежность и эффективность технологии в реальных приложениях.
«Этот прототип – только первый шаг – предстоит еще многое сделать», – сказал доктор. Юань. «Но наши результаты пока многообещающие и отражают удачный союз между современной наукой о материалах и старомодной энергетической технологией, которая обеспечивает путь для повторного искрения в области термоэлектронного преобразования энергии."