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【工业之美】这款电池埋入热地环境就可直接发电,或改变地热能应用前景

文章出处: 人气:发表时间:2019-08-06

通常被视为低利用率的地热能,有望成为一种伟大的可再生能源。

据美国《每日科学》和CleanTechnica网站日前报道,东京理工大学和Sanoh Industrial的科学家们开发了一种非常稳定的龙8国际电池,可以直接将热量转化为电能,从而提供了一种可持续利用地热能的方法。

有关该项研究的论文近日已发表在了《材料化学A》期刊上。

地热,是来自地球内部核裂变产生的一种能量资源。地球内部温度高达7000℃,在80至100公英里的深度处,温度会降至650-1200℃。透过地下水和熔岩,热力得以转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水渗出地表时,便成了地热资源。

地热能是一种清洁能源,也是可再生能源,其开发前景十分广阔。除了温泉沐浴、地下热水取暖,地热能还可用于发电。目前,大多数地热发电系统,主要利用地下热水或蒸汽为动力源。

但这样的工作系统通常需要超过180℃的高温才可以运作,难以大规模的应用。

东京理工大学研究小组开发的这款新型敏热电池(STCs),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。如果这项研究未来可进行商业化生产应用,人们将可利用地热能大范围地提供电力。

图片来源:《材料化学A》期刊(Journal of Materials Chemistry A

该研究小组研发的STC电池,由三层材料构成,包含了电子传输层(ETM)、半导体锗层以及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,热量可激发半导体层中的电子从低能态转变为高能态,使之自然地转移到ETM层,然后通过电极外部电路的传递,电子最终经由另一电极进入电解质层。

在电解质的两个界面上,铜离子发生氧化还原反应,能将低能电子带回半导体层,从而使该过程重新开始循环。

最初,研究小组并不能确定STC电池可将这种循环维持多久,也不确定电流是否会在某一刻停止。

测试后,研究小组最终找到了答案。当电解质层的氧化还原反应发生后,该循环会由于不同类型的铜离子的重新定位而停止。但研究小组同时惊奇地发现,只要打开外部电路一段时间,电池在有热量的情况下即可自行恢复该循环。

这意味着,当STC电池中的电流停止后,只需将其埋在热源中即可进行充电。

STC电池应用场景概念图, 图片来源:Tokyo Tech,via New Atlas

“(这种电力获取)不用担心辐射,不必耗费昂贵的石油,也无需依赖不稳定的太阳能或风能。”该研究小组的首席研究员松下幸子(sachiko matsu____a)表示。研究小组的未来目标是对该电池进行下一步的改进,希望有一天能在不损害地球的情况下解决人类的能源需求。

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