热电转化率40% MIT工程师研发出没有移动部件的热机

麻省理工学院和国家可再生能源实验室 (NREL) 的工程师设计了一种没有移动部件的热机。他们的演示表明，它将热能转化为电能的效率超过 40%——这一性能优于传统蒸汽轮机。

新热机是一种热光伏 (TPV) 电池，类似于太阳能电池板的光伏电池，它被动地从白热的热源中捕获高能光子并将其转化为电能。新热机可以从1900到2400摄氏度的热源发电。

研究人员计划将 TPV 电池整合到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，并将这些能量储存在高度绝缘的热石墨库中。当需要能量时，例如在阴天，TPV 电池会将热量转化为电能，并将能量分配给电网。

借助新的 TPV 电池，该团队现已在单独的小规模实验中成功展示了系统的主要部分。他们正在努力整合这些部件以展示一个完全可操作的系统。从那里开始，他们希望扩大该系统以取代化石燃料驱动的发电厂，并实现完全由可再生能源供电的完全脱碳的电网。

“热光伏电池是证明热电池是一个可行概念的最后的关键步骤。”麻省理工学院机械工程系罗伯特·N·诺伊斯职业发展教授 Asegun Henry 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。”

世界上超过 90% 的电力来自煤炭、天然气、核能和集中太阳能等热源。一个世纪以来，蒸汽轮机一直是将此类热源转化为电能的工业标准。

平均而言，蒸汽轮机将大约 35% 的热源可靠地转化为电能，其中大约 60% 代表了迄今为止所有热机的最高效率。但是机器依赖于受温度限制的运动部件。高于 2000 摄氏度的热源，例如 Henry 提出的热电池系统，对于涡轮机来说太热了。

近年来，科学家们一直在研究固态替代品——没有运动部件的热机，它可能在更高的温度下有效地工作。

“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，因为它们没有移动部件。他们就安安静静地在那里可靠发电。”

热光伏电池为固态热机提供了一条探索途径。与太阳能电池非常相似，TPV 电池可以由具有特定带隙(材料的价带与其导带之间的间隙)的半导体材料制成。如果具有足够高能量的光子被材料吸收，它可以将电子踢过带隙，然后电子可以在带隙中传导，从而发电——这样做无需移动转子或叶片。

迄今为止，大多数 TPV 电池的效率仅达到 20% 左右，创纪录的为 32%，因为它们是由相对低带隙材料制成的，这些材料可以转换低温、低能量的光子，因此转换能量的效率较低.

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