یک موتور حرارتی کوچک جدید بدون قطعات متحرک فقط به یک نقطه عطف انرژی باورنکردنی رسید

دانشمندان امیدوارند که سلول‌های ترموفوتوولتائیک حالت جامد (TPV) بدون قطعات متحرک بتوانند در دمای بالاتر در هنگام تبدیل گرما به الکتریسیته کارایی بالاتری داشته باشند – و راه را به سمت شبکه‌های برق مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر هدایت کنند.

>

محققان گزارش می دهند که یکی از این سلول های TPV اکنون رکورد جهانی جدیدی را با بازده ۴۰ درصدی به ثبت رسانده است. این بهتر از توربین‌های بخار است که به‌طور سنتی برای تبدیل گرما به الکتریسیته استفاده می‌شوند، که معمولاً حداکثر ۳۵ درصد است و محدودیت‌های دمای بالایی نیز دارند.

TPV‌ها فوتون‌های پرانرژی را از منابع گرمای سفید به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. . هنگامی که با باتری‌های حرارتی ترکیب می‌شوند، می‌توانند انرژی خورشید را جذب کرده و آن را دور نگه دارند و در صورت نیاز، الکتریسیته آزاد می‌کنند.

“یکی از مزایای مبدل‌های انرژی حالت جامد این است که می‌توانند با سرعت عمل کنند. دماهای بالاتر با هزینه‌های نگهداری پایین‌تر، زیرا قطعات متحرک ندارند،” از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) می گوید.

“آنها فقط آنجا می نشینند و به طور قابل اعتماد برق تولید می کنند.”

سلول ترموفوولتائیک درگیر در تبدیل رکوردشکنی می تواند برق را از منابع گرمایی در دمای ۱۹۰۰ تا ۲۴۰۰ درجه سانتیگراد (۳۴۵۲ تا ۴۳۵۲ درجه فارنهایت) تولید کند. این دماها به دلیل قطعات متحرک درگیر برای توربین‌های بخار معمولی برای کار کردن بسیار گرم هستند.

اکنون کارایی این سلول‌ها نیز در حال افزایش است و آنها را زنده‌تر می‌کند. رکورد قبلی با راندمان ۳۲ درصد بود، در حالی که اکثر سلول‌های TPV تولید شده تا به امروز در حدود نرخ بازدهی ۲۰ درصد قرار داشتند.

رکورد راندمان با استفاده از حسگر شار حرارتی اندازه‌گیری شد. گرمای جذب شده توسط سلول را اندازه گیری کنید که اندازه آن در حدود یک سانتی متر مربع است. یک لامپ با دمای بالا برای تغییر مقدار گرمایی که سلول در معرض آن قرار می‌گرفت استفاده شد، و نشان داد که در واقع برای نصب در یک سیستم بزرگ‌تر مناسب است.

“ما می‌توانیم بازده بالایی داشته باشیم. می گوید: طیف وسیعی از دماهای مربوط به باتری های حرارتی .

بهبود راندمان عمدتاً به دلیل مواد مورد استفاده است که به عنوان هدف کم گپ باند – شکافی که الکترون ها باید از آن عبور کنند تا الکتریسیته تولید شود. در اینجا، محققان از مواد با شکاف باند بالاتر و همچنین اتصالات متعدد (یا لایه‌های مواد) استفاده کرده‌اند.

سه لایه استفاده می‌شود: یک آلیاژ با فاصله باند بالا برای گرفتن فوتون‌های پرانرژی و تبدیل آنها به برق، آلیاژ کم باند برای گرفتن فوتون های کم انرژی که از لایه اول می لغزند و یک آینه طلایی برای انعکاس فوتون هایی که تمام مسیر را به منبع گرما رد کرده اند، بنابراین گرمای تلف شده را به حداقل می رساند.

با سلول TPV که اکنون عملیاتی، قابل اعتماد و کارآمد است، ثابت شده است، دانشمندان می توانند کار بزرگ کردن آن و ترکیب آن با عناصر دیگر برای تشکیل یک سیستم تولید انرژی کامل را ادامه دهند – و سیستمی که در حین استفاده هیچ کربنی تولید نمی کند. می گوید هنری. “این یک گام کاملاً حیاتی در مسیر تکثیر انرژی های تجدیدپذیر و رسیدن به یک شبکه کاملاً کربن زدایی است.”

این تحقیق در طبیعت.