Kvanttivaikutteinen suunnittelu tehostaa lämpösähköä

Rice yliopiston insinöörit ovat valinneet epätavanomaisen tien parantaakseen lämpösähköjärjestelmien (TPV) avainelementtiä, joka muuttaa lämmön sähköksi valon kautta.

Gururaj Naik ja hänen tiiminsä suunnittelivat kvanttifysiikan inspiroiman lähestymistavan avulla lämpösäteilijän, joka pystyy tuottamaan korkean hyötysuhteen käytännön suunnitteluparametreilla.

TPV-järjestelmissä lämpösäteilijä muuttaa lämmön valoksi ja aurinkokenno valon sitten sähköksi. Molempien komponenttien on toimittava hyvin, jotta järjestelmä olisi tehokas, mutta niiden optimointi on keskittynyt enemmän aurinkokennoon.

Nyt kehitetty emitteri koostuu volframimetallilevystä, ohuesta väliainekerroksesta ja piinanosylinterien verkostosta. Kuumennettaessa pohjakerrokset keräävät lämpösäteilyä, jota voidaan pitää fotonikylpynä. Päällä olevat pienet resonaattorit "kommunikoivat" toisilleen tavalla, joka mahdollistaa niiden "poimia fotoni kerrallaan" tästä kylvystä tehostaen aurinkokennoon ohjatun valon kirkkautta ja kaistanleveyttä.

Tämä kvanttifysiikan oivalluksilla saavutettu valikoiva emissio maksimoi energian muuntamisen ja mahdollistaa paremman hyötysuhteen kuin aiemmin oli mahdollista, kun toimittiin materiaalien ominaisuuksien rajoilla.

Saavutuksenaan tutkijat esittelivät lämpösäteilijää, joka lupaa yli 60 %:n hyötysuhteen ja on sovellusvalmis.

Naik huomauttaa, että tällä innovaatiolla on merkittäviä vaikutuksia teollisuudenaloihin, jotka tuottavat suuria määriä hukkalämpöä, kuten ydinvoimaloissa ja tuotantolaitoksissa.

"Jos lähestymistapamme voisi johtaa tällaisten järjestelmien tehokkuuden kasvuun 2 prosentista 5 prosenttiin, se olisi merkittävä lisäys tehtävissä, jotka perustuvat tehokkaaseen sähköntuotantoon äärimmäisissä ympäristöissä", Naik sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Waterloon yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehittäneet pienen ja puettavan pietsosähköinen nanogeneraattorin (PENG) vasteena kestävän, puhtaan energian tarpeeseen.

"Tämä on todellinen pelin muuttaja", toteaa Asif Khan, projektin johtava tutkija.

Aiheen vanhemmat materiaalit ovat hauraita, kalliita ja niillä on rajallinen kyky tuottaa sähköä mutta uudenlaista generaattoria varten tutkijoiden luomat materiaalit ovat joustavia, energiatehokkaampia ja halvempia.

Työssä on käytetty uudenlaista lähestymistapaa organometallihalogenidiperovskiitin funktionalisoimiseksi polystyreenillä ja näin on onnistuneesti käytetty parantamaan pietsosähköisen nanogeneraattorin lähtövirrantiheyttä yhdellä suuruusluokalla.

Aiheista aiemmin.

Sähköä matala-asteisesta hukkalämmöstä

Antenni lämpösäteilylle

Nanoteknistä pienenergian keruuta

Sähköä puusta