Nový tepelný motor bez pohyblivých částí dosahuje průlomové energetické účinnosti
Vědci doufají, že termofotovoltaické články v pevné fázi bez pohyblivých částí mohou dosáhnout vyšší účinnosti při přeměně tepla na elektřinu při vyšších teplotách. To by mohlo vést k energetickým sítím založeným výhradně na obnovitelných zdrojích, píše server Science Alert.
Jeden takový článek TFV nyní dosáhl nového světového rekordu 40% účinnosti, což je lepší než parní turbíny tradičně používané k přeměně tepla na elektřinu, které mají účinnost maximálně 35 %.
TFV přeměňují vysokoenergetické fotony z horkých zdrojů tepla na elektřinu. V kombinaci s termálními bateriemi by mohly zachycovat energii ze slunce, ukládat ji a podle potřeby uvolňovat elektřinu. Jednou z výhod polovodičových měničů energie je, že mohou pracovat při vyšších teplotách a s nižšími náklady na údržbu, protože nemají žádné pohyblivé části. Rekordní článek TFV dokáže vyrábět elektřinu ze zdrojů tepla o teplotách 1900 až 2400 stupňů Celsia, což je u běžných parních turbín kvůli jejich pohyblivým částem nemyslitelné.
Účinnost záznamu byla měřena pomocí snímače tepelného toku, který měří teplo absorbované článkem o velikosti přibližně jednoho čtverečního centimetru. K regulaci množství tepla, kterému byla buňka vystavena, byla použita vysokoteplotní žárovka, což ukázalo, že je vhodná pro začlenění do většího systému. Zvýšení účinnosti je způsobeno především použitými materiály, které mají tzv. nízkou pásmovou mezeru, tedy mezeru, kterou musí elektrony překonat, aby mohly vyrábět elektřinu. V tomto případě vědci použili materiály s vyšší pásmovou mezerou a ve více vrstvách.
Konkrétně použili tři vrstvy: slitinu s vysokým pásmovým rozpětím, která zachycuje vysokoenergetické fotony přeměněné na elektřinu, slitinu s nízkým pásmovým rozpětím, která zachycuje nízkoenergetické fotony proklouznuvší první vrstvou, a zlaté zrcadlo, které odráží fotony, jež prošly celou cestou zpět ke zdroji tepla, čímž se minimalizují tepelné ztráty. Nyní, když se ukázalo, že článek TFV je funkční, spolehlivý a účinný, mohou výzkumníci pokračovat v jeho rozšiřování a kombinovat jej s dalšími prvky, aby vytvořili kompletní systém výroby energie.
Zdroj: sciencealert.com