@ 2019.05.13 , 11:00

利用外层空间的「寒冷」来发电

科学家表示,外层空间的超低温度与大气层的温度形成鲜明对比,这种温度差异可被用于发电——利用与太阳能电池板相同的光电物理学机制。

与太阳能相比,新思路的不同之处在于,它可以在夜间工作,属于新型的可再生能源——无论天气如何,都可以全天候运行。

太阳能电池板基本上是大规模光电二极管——由半导体材料制成的器件,通过激发硅等材料中的电子将来自太阳的光子(光粒子)转换成电能。

在实验中,光电二极管“反向”运作:红外辐射——也称为热辐射——形式的光子离开系统,产生少量能量。

这样,实验系统利用了研究人员所说的“负照明效应”——不是利用射入地球的阳光所携带能量,而是利用热量从地球逃逸回太空时,产生的辐射流。研究人员认为可以在大气层外侧布置红外半导体将辐射能量转换成电流。

“浩瀚的宇宙是天然的热力学资源。”加州斯坦福大学的研究人员Shanhui Fan说,“就光电物理而言,在入射辐射和出射辐射之间确实存在非常漂亮的对称性。”

上面的思路是Fan去年参与的项目的一个有趣的后续进展。

研究人员表示,新研究中,这种“从天空中收集能量”的过程可以产生出可测量的电量——虽然距离可用的电网还有很长的路要走。

在实验中,它们每平方米能够产生64纳瓦的功率——只是涓涓细流,但仍然证实了作者的惊人概念。从理论上讲,正确的材料和条件可以得到更大的发电功率。

斯坦福大学的Masashi Ono表示:“目前,我们通过实验产生的功率远远低于理论极限。”

如果考虑到,今天的太阳能电池板每平方米能够产生100-200瓦的功率,反向运作的效率显然还远远落后。但尽管如此,即使是最原始的形式,新型能源也可能有助于保证低功率设备和机器在夜间运行:并非每种可再生能源都是用来为城市供电的。

现在研究人员已经证明了可行性,但挑战在于提高设备的性能。如果它显示出更大的希望,也可以应用同样的思路从机械废热中捕获可用能量。

研究人员在论文中解释说:“我们首次证明,负照明效应是可被利用的。研究结果表明,存在着在夜间直接利用外层空间的低温进行能量收集的途径。”

该研究发表在《应用物理快报》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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