2021年5月27日
从余热热电发电机,电力将是一个有用的工具来减少温室气体排放的如果没有一个最棘手的问题:需要让电触点的热端,通常只是太热材料,能产生电流。亚博网站下载
随着时间的推移，热量会导致设备故障。
横向热电设备通过产生垂直于导电设备的电流来避免这个问题，只需要接触发电机的冷端。尽管被认为是一项很有前途的技术，但已知的制造这种横向电压的材料实际上效率很低——至少科学家是亚博网站下载这样认为的。
俄亥俄州立大学的研究人员在一项新的研究中指出，一种由铼和硅元素组成的层状晶体材料是横向热电器件的金标准。
科学家们证明，这种单一化合物具有高效热电发电机的功能，因为它具有一种罕见的特性:同时携带正电荷和负电荷，它们可以独立移动，而不是相互平行移动，这迫使它们曲折地到达触点，从而产生电流。
通过建造一个约两英寸长的晶体热电发电机，研究人员还确定，当晶体在设备中处于特定角度时，它可以产生令人印象深刻的电力。
“我们证明，这些材料与传统的热电发电机技术一亚博网站下载样有效，但克服了其主要缺点，”该研究的合著者、俄亥俄州立大学化学和生物化学教授乔舒亚·戈德伯格说。
“这是这种设备首次被证明是可行的。这种化合物的效率比以往任何横向装置都要高几个数量级，与市面上可以买到的产品一样好，但承诺更加简单和可靠。”
这项研究发表在该杂志的网站上能源与环境科学亚博老虎机网登录．
虽然97%的能源来自热能，但我们将大部分热能排出体外，让它们从烟囱、汽车排气管等地方散去。
“废热真的很重要。一直以来，人们都在寻求提高所有以热量为动力的引擎的效率——热量是指你可以利用它们所做的功，该研究的合著者、俄亥俄州立大学机械和航空航天工程教授、俄亥俄纳米技术杰出学者约瑟夫·赫尔曼斯(Joseph hermans)说。
“很长一段时间以来，我们一直梦想着找到一种没有运动部件的小型引擎，它可以吸收热量并发电。”
现在他们做到了。
大多数材料亚博网站下载只能导电一种电荷，这使得大多数热电装置都是由多种化合物组成的——然而，与这些化合物接触的复杂性阻碍了建造一种易于建造且能承受高温的高效热电发电机的努力。
两年前,这个研究团队发现意想不到的属性在不同的复合,使电子和空穴,正面和负面的来源,分别产生一个电流,运行在什么像南北高速公路一个和其他的东西高速公路收费。
在这一发现之后，研究人员梳理了其他科学家发现的其他晶体的现有研究。
“我们对它感兴趣是因为一开始，我们没有意识到它的存在。当我们发现它可能存在时，我们一直在努力寻找这些物质，”亚博网站下载Goldberger说。到目前为止，他们已经通过实验确认了15种具有这些性质的材料——在一个国际数据库中发现并编目亚博网站下载的超过11万种晶体结构中。
“已经发现了一些，但没有一个被用于功能开发。我们发现，我们可以用它来做一些事情。”俄亥俄州立大学材料科学与工程教授、该研究的合著者沃尔夫冈·温德尔(Wol亚博网站下载fgan亚博老虎机网登录g Windl)说。
“我们所要做的就是把电线放在一端，然后把水晶按一定的方向放置，突然我们就有了一个没有活动部件的发电机。你可以用你家里，车里或火箭里的废热来加热它，这样就可以产生无排放的能量，而且基本上是无穷无尽的。这对我来说有点像黑魔法。”
从理论上讲，用这种化合物制成的发电机可以在任何产生热量的地方使用——晶体的大小可以变化，在这项研究中，晶体生长的熔炉的大小决定了晶体的大小。
hermans说，发电机可以从汽车尾气中产生足够的电力来推动汽车前进，但他支持在更小范围内使用这项技术的想法:“在小型应用中，复杂的解决方案不受欢迎，因为它们太昂贵了，”他说。“这就是为什么像这样简单的解决方案可能是最好的。”
这项工作得到了空军科学研究办公室、美国能源部和国家科学基金会新兴前沿研究和创新的支持。亚博老虎机网登录晶体生长由国家界面材料加速实现、分析和发现科学基金平台(PARADIM)支持。亚博网站下载亚博老虎机网登录
合著者包括俄亥俄州立大学的Michael Scudder、何斌(现供职于马克斯普朗克研究所)和王亚贤(现供职于哈佛大学)，以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Akash Rai和David Cahill。
来源:https://www.osu.edu/