将热量转化为陆军目的的新方法

随着传感器和先进的通信工具，提供轻质便携式电力的供应变得更加困难。

研究资助的研究美国军队已经开发出一种新的方法，潜力将热能转换为电力。这可以为未来战地上的士兵提供紧凑且高效的电力。

光以光子的形式辐射到大气中通过热物体辐射到大气中。可以使用光伏电池捕获发射的光子并将它们转换为有用的电能。

这种能量转换技术称为远场炎热球或FF-TPV。即使在经过多年的发展之后，它也具有低功率密度等挑战，因此需要发射器的高工作温度。

密歇根大学的研究呈现了一种新方法，降低了发射器与光伏电池与纳米级之间的分离。这有助于更高的功率输出，而不是具有相同发射极温度的FF-TPV。

该研究发表于期刊自然通信。

使得捕获在发射器的近场中被捕获的能量的方法称为近场炎热球或NF-TPV。该方法采用定制的光伏电池和发射器设计，适用于近场操作条件。

根据密歇根大学的机械工程教授埃德加梅霍夫博士的说法，这种方法已经显示出电源密度几乎是最优秀的NF-TPV系统的数量级。这也同时更有效地操作，导致未来的NF-TPV应用。

该军队在部署和战场操作期间使用大量的电力，并且必须由士兵或权重系统承载。如果成功，在未来的近场-TPV中可以作为士兵的近期效率和更高的效率电源，因为这些设备可以在较低的工作温度下工作而不是传统的TPV。

迈克博士等待，陆军研究实验室，美国军队作战能力发展指挥

TPV的效率由发射极和光伏电池之间的总能量传递量决定，用于激发光伏电池中的电子孔对。提高发射极温度增加了电池的带间隙上方的光子的数量。这需要最小化能够加热光伏电池的子带间隙光子的数量。

这是通过制造具有超平面的薄膜TPV电池和金属背反射器来实现。上述电池带间隙的光子在微半导体中有效地吸收，而带间隙以下的那些被反射回硅发射器并再循环。

密歇根大学电气计算机工程教授斯蒂芬·福雷斯特博士

研究人员在厚的半导体基板上开发了薄膜铟镓砷化物光伏电池，其剥离了电池的非常薄的半导体有源区并将其移至硅衬底。

所有这些创新在设备设计和实验方法中导致了新型NF-TPV系统。

“该团队已实现历史记录〜5千瓦/平方米的功率输出，这是比先前在文献中报告的系统大的数量级，“密歇根大学机械工程教授Pramod Reddy博士博士。

研究人员还进行了最先进的理论计算，以估计光伏电池在每个温度和间隙尺寸下的性能，并在实验和计算预测之间表现出良好的性能。

该目前的示范符合纳米级辐射热传递的理论预测，直接显示出在电力和能量，通信和传感器中的陆军应用的未来近场TPV器件的潜力。

Pani Varanasi博士，Devcom Arl计划经理

期刊参考：

Mittapally，R.，等。（2021）近场炎热球，用于高功率密度高效热量转换。自然通信。doi.org/10.1038/S41467-021-24587-7.。

来源：https://www.army.mil/