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日本研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)新型地?zé)崮茈姵?直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能

2019-07-23 14:07  來(lái)源:cnBeta.COM  瀏覽:  

說(shuō)到清潔可再生能源,人們第一時(shí)間想到的多是太陽(yáng)能、風(fēng)能和潮汐能之類。相比之下,地?zé)崮苁且粋€(gè)比較冷門的存在。即便如此,還是有許多研究團(tuán)隊(duì)在深入這方面的研究,比如本文要為大家介紹的新型地?zé)崮茈姵?。從字面意義可知,地球本身就是一個(gè)“溫暖”的球體。在澳大利亞、美國(guó)等諸多地區(qū),都潛藏著豐富的地?zé)崮茉础?/p>


(圖自:Tokyo Tech,via New Atlas)
 

東京工業(yè)大學(xué)和Sanoh Industrial的研究人員,剛剛開發(fā)出了一種新型電池,特點(diǎn)是能夠直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

據(jù)悉,大多數(shù)地?zé)嵯到y(tǒng)使用著地表下方幾公里處的熱巖加熱水。通常自然泵送到地面(或者人工抽送),并在利用后泵回。遺憾的是,舊式系統(tǒng)需要超過(guò)180℃(365℉)的高溫才能運(yùn)作,且難以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。相比之下,日本研究團(tuán)隊(duì)使用了更加直接的方法。

他們?cè)O(shè)計(jì)了基于熱敏電池(STC)的新方案,能夠在低于100℃的溫度下發(fā)電,且無(wú)需水或水蒸氣這樣的中間載體。STC是由夾在兩個(gè)電極之間的三層材料所構(gòu)成的電池,包含了一個(gè)電子傳輸層(ETM)、一個(gè)半導(dǎo)體鍺層、以及一個(gè)傳輸銅離子的固體電解質(zhì)層。將這種特殊設(shè)計(jì)的電池埋入熱地環(huán)境后,熱量可激發(fā)半導(dǎo)體中的電子,使之轉(zhuǎn)移到ETM。然后通過(guò)電極的外部電路傳遞,最終經(jīng)由另一電極進(jìn)入電解質(zhì)——在那里發(fā)生氧化還原反應(yīng)、將低能電子帶回半導(dǎo)體、并開啟新的循環(huán)。


(圖自:Journal of Materials Chemistry A)

最初團(tuán)隊(duì)不確定STC設(shè)備能夠?qū)⑦@種循環(huán)維持多長(zhǎng)時(shí)間,是否能夠持續(xù)地運(yùn)行下去。但在測(cè)試過(guò)程中,他們找到了答案。氧化還原反應(yīng)的最后,會(huì)導(dǎo)致循環(huán)的干涸,因?yàn)椴煌愋偷你~離子,終將在不同的地方停工。有趣的是,團(tuán)隊(duì)驚訝地發(fā)現(xiàn)——只需將STC裝置埋在熱源中,即可解決這一問(wèn)題。然后便是打開外部電路一段時(shí)間后,才能給它充電。

團(tuán)隊(duì)表示,此舉有望實(shí)現(xiàn)STC裝置的“半永久性”供電。首席研究員Sachiko Matsushita稱:借助這樣的設(shè)計(jì),原先低利用率的地?zé)崮?,也可成為一種很有希望的可再生能源。你無(wú)需擔(dān)心輻射,不耗費(fèi)昂貴的石油,也無(wú)需依賴不穩(wěn)定的太陽(yáng)能或風(fēng)能。

之后,研究團(tuán)隊(duì)將對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn),以盡快地投入實(shí)際使用。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《材料化學(xué)A》期刊上。

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