Новая геотермальная батарея напрямую преобразует тепло в электричество

Один из крупнейших природных источников возобновляемой энергии находится прямо у нас под ногами. Сама Земля — ​​это большой теплый шар с огромными запасами геотермальной энергии, которая так и ждет, когда мы к нему подключимся. Исследователи из Токийского технологического института и Sanoh Industrial разработали новый тип аккумуляторных элементов, которые могут напрямую преобразовывать тепловую энергию в электричество.

Большинство геотермальных систем использует воду, которая нагревается горячими камнями в нескольких километрах от поверхности Земли. Эта вода либо присутствует там естественным образом и выкачивается на поверхность, либо закачивается туда, нагревается и выкачивается обратно. Для работы такие системы нуждаются в высоких температурах (выше 180 ° C), более того, они плохо масштабируются.

Но японские исследователи говорят, что у них есть более прямой метод получения электроэнергии. Их конструкция состоит из сенсибилизированных тепловых ячеек (STC), которые способны генерировать электричество при температуре ниже 100 ° C без необходимости использования носителя посредника, такого как вода или пар.

STC — это батарея, состоящая из трех слоев материала, зажатого между двумя электродами. Это электронный транспортный слой (ETM), полупроводниковый слой германия и слой твердого электролита, который транспортирует ионы меди. Сама батарея предназначена для погружения в горячую землю.

Идея состоит в том, что тепло в земле возбуждает электроны в полупроводнике, заставляя их переходить в ETM. Это, в свою очередь, пропускает их через электрод во внешнюю цепь и в конечном итоге обратно к другому электроду и в электролит. Там происходят окислительно-восстановительные реакции, которые переносят низкоэнергетические электроны обратно в полупроводник, начиная цикл снова.

Первоначально вопрос, в котором команда не была уверена, заключался в том, как долго устройство STC сможет поддерживать этот цикл или же оно будет работать бесконечно долго. Но во время тестирования они нашли свой ответ — в конце концов цикл заканчивается после окислительно-восстановительной реакции, потому что разные типы ионов меди оказываются в разных местах.

Но что интересно, команда была удивлена, обнаружив, что эту проблему с батареей можно решить, если на время включать внешнюю цепь, чтобы перезарядить ее. Это, по словам команды, может позволить аккумулятору преобразовывать энергию на «полупостоянной» основе.

«При такой конструкции тепло, которое обычно рассматривается как низкокачественная энергия, станет отличным источником возобновляемой энергии“, — говорит Сачико Мацусита, ведущий это исследование. “Нет страха перед радиацией, нет страха перед дорогой нефтью, нет нестабильности в выработке электроэнергии, как при использовании солнца или ветра».

Команда исследователей говорит, что дизайну геотермальной батареи необходимы дальнейшие доработки. Однако они надеются, что их разработка скоро будет использоваться для получения электричества из возобновляемых источников энергии.

Исследование было опубликовано в журнале Journal of Materials Chemistry A

источник

энергии,  батарея,  тепло 

23.07.2019, 1171 просмотр.