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    效率超40%的熱光伏裝置問世

    能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時間:2022-04-20 00:00:00

    在既沒有陽光又沒有風的情況下,如何將可再生資源儲存起來?這是阻礙綠色電網(wǎng)建設的最棘手問題之一。近日,研究人員在《自然》上報道了一種將儲存的熱量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

    在這項新研究中,美國麻省理工學院和國家可再生能源實驗室的一個團隊實現(xiàn)了超過40%的熱光伏(TPV)轉(zhuǎn)化效率。TPV是一種半導體結構,可以將熱源發(fā)出的光子轉(zhuǎn)化為電能,就像太陽能電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能一樣。

    論文通訊作者、麻省理工學院機械工程師Asegun Henry表示,“TPV電池是證明熱電池成為可行概念的最后一個關鍵步驟,也是在推廣可再生能源和實現(xiàn)完全脫碳電網(wǎng)的道路上至關重要的一步。”

    當?shù)谝粋€TPV在20世紀60年代被發(fā)明出來時,它們只將百分之幾的熱能轉(zhuǎn)化為電能。這一效率在1980年躍升至30%左右,此后基本上一直停滯不前。在新TPV的設計中,Henry和同事希望從更高溫度的熱源中捕獲高能光子,以提高效率。

    新裝置主要由3個部分構成:高帶隙金屬合金位于帶隙稍低的金屬合金之上,其下方是鏡面狀的金層。頂層捕獲熱源的最高能量光子,并將它們轉(zhuǎn)換為電能。穿過頂層的較低能量光子被下層捕獲并轉(zhuǎn)換,以增加產(chǎn)生的電壓。任何穿過前兩層的無法捕獲的光子都會被鏡面層反射回熱源,以避免能量流失。

    研究人員通過實驗證明了高帶隙串聯(lián)TPV電池的效率——41.1%。“我們認為有一條明確的途徑可以實現(xiàn)50%的效率。”Henry說。

    密歇根大學安娜堡分校材料工程師Andrej Lenert認為,“這是TPV第一次進入真正有前景的效率范圍。作為可再生能源系統(tǒng)的廉價備份,這項新工作與相關進展一起極大促進了熱電池的大規(guī)模推廣。”

    將來這些新裝置可以集成到TPV系統(tǒng)中,用于熱能電網(wǎng)存儲,以足夠高的效率和足夠低的成本實現(xiàn)由可再生能源供電的脫碳電網(wǎng)。事實上,Henry最近成立了公司,將團隊的技術商業(yè)化。“這種技術每千瓦時存儲電能的成本為10美元,還不到電網(wǎng)級鋰離子電池成本的10%。”

    相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04473-y

    來源:中國科學報




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