外形貼合設備包裹在熱表面上將廢熱轉化為電能

為我們的生活提供動力的能源系統也會產生廢熱，例如建筑物中的熱水管和車輛排氣管散發的熱量。據賓夕法尼亞州立大學和國家可再生能源實驗室的科學家稱，一種新的柔性熱電發電機可以纏繞管道和其他熱表面，并將廢熱轉化為電能，比以前更有效。

賓夕法尼亞州立大學負責研究的副總裁兼材料科學與工程教授ShashankPriya說：“我們消耗的能源中的大量熱量基本上被丟棄了，通常直接散布到大氣中。”“我們還沒有具有成本效益的保形形狀來捕獲熱量并將其轉化為可用能量。這項研究打開了那扇門。”

賓夕法尼亞州立大學的研究人員一直在努力提高熱電發電機的性能——這種設備可以將溫差轉化為電能。科學家們說，當這些設備靠近熱源時，電子從熱端移動到冷端會產生電流。

在之前的工作中，該團隊創造了在高溫應用中比商用設備更高效的剛性設備。科學家們說，現在該團隊已經開發出一種新的制造工藝來生產能夠提供更高功率輸出和效率的柔性設備。

“這些結果為將熱電技術廣泛應用于余熱回收應用提供了一條有希望的途徑，”賓夕法尼亞州立大學助理研究教授李文杰說。“這可能對實用熱電發電機的發展產生重大影響。”

科學家們說，柔性設備更適合最具吸引力的廢熱源，例如工業和住宅建筑以及車輛上的管道。而且它們不必像傳統的剛性設備那樣粘在表面上，這會進一步降低效率。

科學家們在《應用材料與界面》雜志上報告說，在對煙道進行的測試中，新設備的功率密度比其他最先進的設備高150%。一個放大版，剛剛超過3平方英寸，保持了115%的功率密度優勢。科學家們說，當放置在熱表面上時，該版本的總功率輸出為56.6瓦。

“想想一個擁有數百英尺長管道的工業發電廠，”普里亞說。“如果你可以將這些設備包裹在一個那么大的區域周圍，你可以從通常被丟棄的廢熱中產生千瓦的能量。你可以將廢棄的熱量轉化為有用的東西。”

熱電設備由小對子組成，每對都像一張有兩條腿的桌子。許多這樣的兩條腿對連接在一起，通常形成一個扁平的方形裝置。

在制造這種新設備時，科學家們將六對情侶放在一條細長的帶子上。然后，他們使用柔性金屬箔將12個條帶連接在一起，創建了一個包含72對夫婦的設備。這位科學家說，在每個條帶的層之間使用液態金屬來提高設備性能。

“當你擴大這些設備的規模時，你經常會失去功率密度，這使得制造大型熱電發電機變得具有挑戰性，”賓夕法尼亞州立大學副研究教授BedPoudel說。“這說明了我們的72對設備的非凡性能。”

科學家們說，這種72對設備的單臺熱電發電機報告的輸出功率和設備功率密度最高。

條帶之間的間隙提供了適應管道等形狀的靈活性。科學家們說，這些間隙還允許靈活地改變填充因子，或熱電材料面積與器件面積之間的比率，這可用于優化不同熱源的熱電器件。

該項目的其他賓夕法尼亞州立大學研究人員是助理研究教授AminNozariasbmarz;HanByulKang和HangtainZhu，博士后研究員;還有前研究生CarterDettor。國家可再生能源實驗室的研究工程師RaviAnantKishore也做出了貢獻。