​科学家研发新型热光电电池，以热形式储存能量，激发为世界提供能源的新方式

​科学家研发新型热光电电池，以热形式储存能量，激发为世界提供能源的新方式

“十四五”以来，我国一直在倡导实现绿色低碳生活。电是人们在生活中必不可少的一种能源，但是要让电真正成为一种清洁、绿色的能源，还要看它是由什么一次能源所转化而来的。



1、麻省理工的新型热光电电池，比电化学储存能量便宜10到100倍



麻省理工学院（MIT）的研究人员已经建造了一种高效的热光电元件，当与可再生资源配对时，它可以有效地将传入的光子（光粒子）转换为电能。 这一成就可以激发为世界提供能源的新方式。



阿塞贡·亨利表示，热电池可以在需要的时候“调度”能源到电网。锂离子电池不足以达到这个目的。他解释说：“遗憾的是，锂离子电池太贵了，为了让我们拥有一个完全可再生的电网，有很多研究都在探讨电池的存储成本必须有多低。这就是我们开发热电池技术的地方，因为以热的形式储存能量，比电化学方式储存能量便宜10到100倍。”



热光电电池依赖于一些基本的半导体物理原理。半导体合金中的原子具有带隙，即电子的价壳层和导带之间的距离。当价带中的电子被激发时，它们会被激发，并从价带跳到导带。这种跃迁会导致能量的释放，释放的能量的精确数量取决于带隙的距离。换句话说，释放的能量大小，取决于电子跨越带隙所需的能量。



这个热光电电池中的电子位于合金中，这些合金就像蛋糕的层一样堆叠在一起。这种电池由两层半导体合金和一层反光金制成。在这个实验中的合金，是根据光子的波长来选择的，光子的波长可以为电池提供最高的效率。阿塞贡·亨利说：“如果你想吸收特定频率的光，你可以找出哪种合金能提供你想要的带隙。”



在实验室里，把电阻加热器插到墙上的插座上很容易，但研究人员考虑的是真实世界的情况。理想情况下，他们希望将来自可再生资源的能量储存到这些大电池中，然后通过热机获取这些电池。



目前，他们的热光电电池运行效率为40%，比之前的设计更好，可与蒸汽涡轮机相媲美。这是一个很有前途的结果，阿塞贡·亨利和他的同事们现在正在努力实现一个更大的目标：将这项技术扩展到一个仓库大小的发电站，并可以与现有的电网相连接。



2、热光伏电池



热光伏电池事实上就是一种热红外光电池，这种技术主要就是是将高温热辐射体的能量通过一种半导体电池直接转换成电能。热光伏电池的原理其实与太阳能电池相似，不过只是利用的光源不同，但同样能够将光能转化为电能，并且可以实现能量储存和转换的方法。



由于热光伏电池具有噪音低、可携带、无移动部件、理论效率较高、可靠性高、高重量比功率、高体积比功率，并且还能将热能利用和发电结合在一起等优点。热光伏电池不仅可以通过串并联的方式来给卫星供电，同时还可以为小型军用装备提供编写的电力供应，还可以给蓄电池充电，为边远地区供电使用。



世界上有90%的电力是由煤炭、天然气和太阳能等热源产生的，而一个世纪以来，将这些热能转换为电能所依靠的一直是蒸汽涡轮机。典型的涡轮机效率一般是在25%到35%，平时还需要大量维护，并且由于蒸汽这种介质的存在，蒸汽涡轮机依赖于必须在一定温度阈值下运行的活动部件。



不只是释放能量，热光伏电池也能储存大量能量。马德里技术大学的一组科学家制造了一种潜热热光伏电池，它是由热发射器和光伏二极管电池组成的热光伏系统，这种系统利用太阳能或风能等间歇性可再生能源的过剩发电量，在1000摄氏度以上的温度条件下熔化廉价金属或非金属，例如硅或硅铁合金，硅合金在其融化过程中就能够储存大量能量。



热光伏发电机就像微型的光伏装置，可以产生比传统太阳能发电厂高100倍的发电功率。商用太阳能光伏板的效率在15%到20%之间，而热光伏电池的转化效率能够达到30%到40%之间。使用热光伏发电机代替传统的热电机， 能免去使用移动部件、流体或复杂的热交换器。



这样一来，整个系统可以变得更加经济、紧凑和安静。以热能的形式储存多余的电力是十分有意义的，因为这是储存能量的最便宜的方式之一，事实上，这种设备将会比锂离子电池更加有利可图。不仅如此， 剩余60%到70%的未转化为电能的热量还可以直接输送到建筑物、工厂或城市，从而减少天然气消耗。



随着科技的进步、成本的降低，新型电池越来越有着广泛的应用前景。尽管目前技术处于基础研究阶段，也无法第一时间实现市场应用，但随着研究的不断深入，必然将会进一步完善，效率也会得到进一步的提高，技术也会越来越成熟