蓋世汽車訊 熱電發(fā)電機可以利用廢熱產(chǎn)生電力，有望成為減少溫室氣體排放的有用工具。但是，該類設備存在一個最棘手的問題——發(fā)電機的熱端需要接觸電。對于產(chǎn)生電流的材料來說，熱端通常太熱，導致發(fā)電機逐漸發(fā)生故障。

（圖片來源：俄亥俄州立大學）

所謂的橫向熱電裝置，通過產(chǎn)生垂直于傳導設備的電流來避免這一問題，只需接觸發(fā)電機的冷端。盡管被視為一項很有前途的技術，但已知能產(chǎn)生這種側電壓(sideways voltage )的材料實際上效率并不高。據(jù)外媒報道，在一項新研究中，俄亥俄州立大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種單一材料。這種由錸和硅元素組成的層狀晶體，成為橫向熱電器件中的黃金化合物。

研究人員證明，由于一種罕見的特性，這種材料能夠作為一種高效的熱電發(fā)電機發(fā)揮作用：它可以同時攜帶正、負電荷，這兩種電荷獨立移動，而不是平行前進。這意味著電荷會曲折地到達接觸點，從而產(chǎn)生電流。

研究人員建造一個帶有大約兩英寸長晶體的熱電發(fā)電機，并且確定當晶體位于設備的特定角度時，可以產(chǎn)生驚人的功率。俄亥俄州立大學的化學和生物化學教授Joshua Goldberger表示：“我們證明，這些材料與傳統(tǒng)熱電發(fā)電機技術一樣有效，但克服了其中的主要缺點。這是首次證明這種設備是可行的。這種化合物的效率比以往任何橫向裝置都高出多個數(shù)量級，與你能買到的商用產(chǎn)品一樣好，但有望變得更簡單、更可靠?！?/p>

97%的能源產(chǎn)生自熱量。然而，大部分熱量被浪費了，從煙囪、汽車排氣管都排出去了。俄亥俄州立大學的機械和航空航天工程教授Joseph Heremans表示：“廢熱確實具有重要意義。一直以來，人們都在尋求提高以熱能為動力的發(fā)動機的效率。我們希望開發(fā)不帶活動部件的小型發(fā)動機，以吸收熱量并發(fā)電。”現(xiàn)在他們做到了這一點。

大多數(shù)材料只能傳導一類電荷，因此熱電器件往往由多種化合物組成。與其接觸的復雜性，阻礙了開發(fā)易于構建且能承受高溫的高效熱電發(fā)電機。兩年前，同一研究小組在一種不同的化合物中發(fā)現(xiàn)了意想不到的特性。這種化合物允許電子和空穴（分別是負電荷和正電荷的來源）單獨移動，等于是說其中一種電荷沿著南北高速公路移動，另一種電荷沿東西高速公路移動。在此之后，研究人員一直在努力尋找具有相同功能的晶體。到目前為止，他們已對國際數(shù)據(jù)庫中的11萬多種晶體結構進行檢索，并通過實驗確認了15種具有這些性質(zhì)的材料。

俄亥俄州立大學的材料科學與工程學教授Wolfgang Windl表示：“我們要做的是將電線接到一端，并以某種方式定向晶體，這樣就有了一個沒有移動部件的發(fā)電機。你可以利用家里、汽車或火箭中的廢熱，持續(xù)產(chǎn)生無排放電力?！?/p>

理論上來講，用這種化合物制造的發(fā)電機，可以利用任何地方產(chǎn)生的熱量，而且晶體的大小可以調(diào)整。

Heremans表示，該發(fā)電機可以利用汽車尾氣產(chǎn)生足夠的電力，從而推動車輛前進。他贊成在較小范圍使用這項技術，“小規(guī)模應用不歡迎復雜的解決方案，因為成本太高。這樣簡單的解決方案，或許是最好的?！?/p>

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