科学家研制新型地热能电池 无需高温也能有效发电

2019-08-20 16:39:23

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科学家研制新型地热能电池 无需高温也能有效发电


到清洁可再生能源,人们第一时间想到的多是太阳能、风能和潮汐能之类。相比之下,地热能是一个比较冷门的存在。即便如此,还是有许多研究团队在深入这方面的研究,比如本文要为大家介绍的新型地热能电池。从字面意义可知,地球本身就是一个“温暖”的球体。在澳大利亚、美国等诸多地区,都潜藏着丰富的地热能源。

 东京工业大学和Sanoh Industrial的研究人员,刚刚开发出了一种新型电池,特点是能够直接将热能转化为电能。

  据悉,大多数地热系统使用着地表下方几公里处的热岩加热水。通常自然泵送到地面(或者人工抽送),并在利用后泵回。

  遗憾的是,旧式系统需要超过180℃(365℉)的高温才能运作,且难以实现扩展。相比之下,日本研究团队使用了更加直接的方法。

  他们设计了基于热敏电池(STC)的新方案,能够在低于100℃的温度下发电,且无需水或水蒸气这样的中间载体。

  STC是由夹在两个电极之间的三层材料所构成的电池,包含了一个电子传输层(ETM)、一个半导体锗层、以及一个传输铜离子的固体电解质层。

  将这种特殊设计的电池埋入热地环境后,热量可激发半导体中的电子,使之转移到ETM。

  然后通过电极的外部电路传递,最终经由另一电极进入电解质——在那里发生氧化还原反应、将低能电子带回半导体、并开启新的循环。

(图自:Journal of Materials Chemistry A)

最初团队不确定STC设备能够将这种循环维持多长时间,是否能够持续地运行下去。但在测试过程中,他们找到了答案。

  氧化还原反应的最后,会导致循环的干涸,因为不同类型的铜离子,终将在不同的地方停工。

  有趣的是,团队惊讶地发现——只需将STC装置埋在热源中,即可解决这一问题。然后便是打开外部电路一段时间后,才能给它充电。

  团队表示,此举有望实现STC装置的“半永久性”供电。首席研究员Sachiko Matsushita称:

  借助这样的设计,原先低利用率的地热能,也可成为一种很有希望的可再生能源。

  你无需担心辐射,不耗费昂贵的石油,也无需依赖不稳定的太阳能或风能。

  之后,研究团队将对其进一步改进,以尽快地投入实际使用。有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《材料化学A》期刊上。