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热电池可有效将风能太阳能存储在可再生电网中

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WinterIsComing (31822)发表于 2022年04月15日 15时56分 星期五
来自电波骑士
没有太阳或没风时如何存储可再生能源?这是摆在更环保电网面前最令人烦恼的问题之一。大电池组是一种策略。但是它们昂贵,且更适合将能量存储几个小时而不是更长时间。另一种策略是利用剩余能量将大质量材料加热到超高温,然后根据需要提取能量。本周研究人员报告了该计划——将存储的热量转化为电能的装置——关键部分的一项重大改进。

MIT 和国家可再生能源实验室的一个团队将热光伏(TPV)的效率提高了将近 30%,TPV 是一种将热源发出的光子转换为电能的半导体结构,就像太阳能电池将阳光转化为电能一样。密歇根大学安娜堡分校的材料工程师 Andrej Lenert 表示:“这是非常令人兴奋的事情。”“这是 TPV 第一次进入真正有希望的效率范围,最终这对很多应用来说很重要。”这项新工作和相关的进步极大地推动了大规模推出热电池作为可再生能源的廉价备份的工作。其设想是用多余的风能或者太阳能加热元件,将液态金属或石墨块的温度提升到几千度。可以通过蒸汽推动涡轮机的方式将热量转化为电能,但是需要权衡取舍。高温提高了转换效率,但是涡轮机的材料在大约 1500 摄氏度左右开始分解。TPV 提供了另一种选择:将热量存储在金属薄膜或者灯丝上,使其像白炽灯泡中的钨丝一样发光,然后使用TPV吸收发出的光,并将其转化为电能。

对于新设备,MIT 机械工程师 Asegun Henry 对发射器和TPV本身进行了调整。以前的 TPV 设备将发射器加热到大约 1400 摄氏度,这是在 TPV 优化的波长范围内最亮的温度。Henry 的目标是将温度提高 1000 摄氏度,钨可以发射出更多能量更高的光子,提高能量转换。但是这也意味着要重新设计 TPV。Henry 的团队和国家可再生能源实验室的研究人员一起,铺设了超过两打不同的半导体薄层,以创建两个叠在一起的独立电池。上面的电池主要吸收可见光和紫外光子,而下面的电池主要吸收红外线。下面电池下方的薄金片反射TPV无法捕获的低能光子。钨重新吸收其能量,防止其散失。该小组在《自然》杂志上报告称,结果是这种串联TPV可以将 2400 摄氏度的钨丝发出的 41.1% 的能量转换为电能。