研究人员揭示了一种新型热光伏 (TPV) 电池,该电池将热能转化为电能,效率超过 40%,性能几乎与传统蒸汽轮机发电厂相当。这些电池有可能用于电网规模的“热电池”,无需移动部件即可可靠地产生能量。

热光伏 (TPV) 电池 Thermophotovoltaic

热光伏电池通过加热足以显着提高光子能量的半导体材料来工作。在足够高的能量下,这些照片可以将电子踢过材料的“带隙”,从而产生电能。到目前为止,TPV 电池的效率仅达到 32%,因为它们在较低温度下运行。

相比之下,麻省理工学院和国家可再生能源实验室 (NREL) 的新设计从 1,900 到 2,400 摄氏度(3,452 到 4,352 华氏度)之间的白热热源获取能量。为此,它使用“高带隙”金属合金位于略低的带隙合金之上。

高带隙层从热源捕获最高能量的光子并将它们转换为电能,而低能量的光子穿过第一层并增加电压。运行两层手套的任何光子都会被镜子反射回热源,以避免浪费能量。

这是在推广可再生能源和实现完全脱碳电网的道路上绝对关键的一步。

该团队使用热通量传感器测量效率,发现功率随温度而变化。在 1,900 到 2,400 摄氏度之间,新的 TPV 设计以大约 40% 的效率发电。

蒸汽轮机可以提供相同的效率,但要复杂得多,并且仅限于较低的温度。“固态能量转换器的优点之一是它们可以在更高的温度下以更低的维护成本运行,因为它们没有活动部件,”麻省理工学院教授 Asegun Henry 告诉麻省理工学院新闻。“他们只是坐在那里可靠地发电。”

在电网规模的热电池中,该系统将从太阳能等可再生能源中吸收多余的能量,并将其储存在高度绝缘的热石墨库中。需要时,TPV 电池可以将热量转化为电能并将其输送到电网。实验电池只有一平方厘米,因此团队必须将其增加到大约 10,000 平方英尺以实现电网级电力,但亨利指出,已经存在创建这种规模电池的技术。

“热光伏电池是证明热电池是一个可行概念的最后关键一步,”他说。“这是扩散可再生能源和实现完全脱碳电网道路上绝对关键的一步。”

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