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效率超40%！可再生能源實驗室實現(xiàn)熱光伏轉(zhuǎn)化
發(fā)布日期： 2022-04-20 14:59:28 來源： 中國科學(xué)報

在既沒有陽光又沒有風(fēng)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(shè)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(xué)院和國家可再生能源實驗室的一個團隊實現(xiàn)了熱光伏(TPV)轉(zhuǎn)化效率超過40%。TPV是一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，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(xué)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(guān)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(guān)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(shè)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個區(qū)域構(gòu)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(xué)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(guān)進展一起極大推動了大規(guī)模推廣熱電池的努力。”

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(shù)商業(yè)化。“這種技術(shù)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%。”

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