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斯坦福大学采用空间能源技术提高电站效率

2017-03-09 242浏览 标签: 空间能源技术

几十年前抛弃的卫星供电技术经过重新改造,可能与传统发电站相融合,帮助电站更有效的将热能转换为电力,这意味着我们需要更少的化石燃料燃烧发电。201736日,《Nano Energy 一项最新研究提出了一个原型能量转换器,其使用石墨烯代替原有金属,使效率提高了将近七倍。

斯坦福大学的Roger Howe教授领导的研究团队表示,新材料可以重新引领热离子能量转换领域,改善发电方式,减少对环境的影响。

能源是当今社会面临的最具挑战性问题之一, 全球估计有12亿人无法获得电力。同时热能是世界上最丰富、便宜和广泛使用的能源之一,但是目前大多采用旧技术获取热能,美国80%以上的电力来自基于19世纪的机械热力发动机和涡轮机技术,其只适用于大型电站。          


此外,热离子能量转换器(TEC)通过热离子发射现象更有效的将热量转换为电力,无需大型昂贵的设备。 TEC最初于20世纪50年代被开发用于空间计划,但是科学家还没有设法使TEC高效的适用于工业电力生产。现在,使用先进的材料和方法,可以显著提高其效率。

TEC由两个电极组成,即发射极和集电极,并由很小的真空间隙隔开。研究人员测试了使用单片碳原子-石墨烯取代钨作为集电极材料制成的原型TEC。研究发现新材料提高了TEC的效率,使其在1000˚C下将热量转换为电能的效率提高6.7倍。


    斯坦福大学的Hongyuan Yuan博士表示:“TEC技术非常令人兴奋,随着效率的提高,我们希望看到一个巨大的市场。TEC技术不仅有助于使发电站更高效,而且对环境影响更低,此外TEC技术也可以应用于分布式系统,如太阳能电池。在未来,我们设想可以从水锅炉产生1-2 kW的电力,这可能部分为房屋供电。

现有的TEC技术面临两个障碍,其一是阳极表面处的高能量损失,这导致了输出电压的降低;其二,在集电极和发射极之间的间隙中移动的电子的高电气屏障导致了输出电流的降低。该研究团队首次通过新的原型同时解决了这两个问题。 研究结果表明,能量转换中电子效率可达9.8%,到1000˚C时效率最高。

     由于原型需要在真空室中工作,该技术目前尚未准备好在发电站或家居中使用。研究人员正在致力于一种真空封装TEC技术,以测试该技术在实际应用中的可靠性和效率。

 

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