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温差发电技术越来越接地气了,以后能为手机充电!

北极蚊子 2018-2-28 09:56

利用温差发电,听起来挺神奇的。其实科学家们已经在这个领域探索很多年了。技术也日渐成熟。

近日,麻省理工学院的科学家研发出了一种工具,能够将这种温差转换为电能,未来或将为传感器或者通讯设备充电!

科学家们研发的这个工具叫做热谐振器(thermal resonator),它由石墨烯和一种称为十八烷(octadecane)的特殊蜡制成,随着温度的升高和降低,这种蜡会在固体和液体之间转换。

然后热谐振器的一端会收集热量并传导到另一侧,当双方试图达到平衡时,电能就可以通过热电过程被捕获。

研究人员称,只要环境存在温度变化,热谐振器可以在任何类型的天气条件下工作,甚至在阴凉处工作。

温差发电这事儿到底谁发现的?1821 年,德国人 Seebeck 发现,在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中,如果两个接头处存在温度差,其周围就会出现磁场,又通过进一步实验发现回路中存在电动势。这一效应的发现,为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制作奠定了基础。

温差电技术研究始于 20 世纪 40 年代,于 20 世纪 60 年代达到高峰,并成功地在航天器上实现了长时发电。

当时美国能源部的空间与防御动力系统办公室给出鉴定称,“温差发电已被证明为性能可靠、维修少、可在极端恶劣环境下长时间工作的动力技术”。

近几年来,温差发电机不仅在军事和高科技方面,而且在民用方面也表现出了良好的应用前景。

在远程空间探索方面,人们从上个世纪中叶以来不断将目标投向更远的星球、甚至是太阳系以外的远程空间,这些环境中太阳能电池很难发挥作用,而热源稳定、结构紧凑、性能可靠、寿命长的放射性同位素温差发电系统则成为理想的选择

因为一枚硬币大小的放射性同位素热源,就能提供长达 20 年以上的连续不断的电能,从而大大减轻了航天器的负载,这项技术已先后在阿波罗登月舱、先锋者、海盗、旅行者、伽利略和尤利西斯号宇宙飞船上得到使用。

温差发电用的是什么原理?将两种不同类型的热电转换材料 N 和 P 的一端结合并将其置于高温状态,另一端开路并给以低温时,由于高温端的热激发作用较强,空穴和电子浓度也比低温端高,在这种载流子浓度梯度的驱动下,空穴和电子向低温端扩散,从而在低温开路端形成电势差。

如果将许多对 P 型和 N 型热电转换材料连接起来组成模块,就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。

要进行温差发电就得用到温差电材料。温差电材料是指具有显著的温差发电或温差电制冷效应的材料,可应用于提供太空动力等方面。

不过,美国犹他大学却给这种材料找一个接地气的应用:厨具。让你能够在烧水煮饭的同时顺便为手机等设备充电。

为了实现这一点,研究团队显然无法采用常规的镉、水银等有毒的温差电材料,而要让这项技术走进千家万户,又必须兼顾成本和效率。幸运的是,他们已经攻克了这个难题,并带来了高效实惠的新型无毒温差电材料。

至于这种新型材料的应用前景,团队想象了其它许多种可能,比如利用身体与外界冷风的温差为植入式医疗监测仪提供电力、利用汽车内外的温差为汽车提供电力等。

当然,这项技术也可以运用到发电厂或其它工厂设施,回收传统发电方式容易损失的那部分热量并转为电能。

对于温差发电领域,科学家表示,虽然温差发电已有诸多应用,但长久以来受热电转换效率和较大成本的限制,温差电技术向工业和民用产业的普及受到很大制约。

虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出,以及一批高性能热电转换材料的开发成功,温差电技术的研究又重新成为热点,但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高。

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