石墨烯与航天能源技术相结合：让发电厂更加高效环保！

2017-03-09 15:27:38 作者：本网整理来源：石墨烯联盟分享至：

    一些过时的技术，经过重新改造和创新，往往也会重新焕发新的活力。最近发表于《纳米能量》杂志上的一项最新研究显示，新型能量转换器使用石墨烯材料取代金属，效率能够增加好几倍，而且还很环保。

    背景

    能源，是当今人类社会所面临的最具挑战性的问题。目前，估计有12亿的人口还无法得到充足的电力供应。热能，是全球范围内最充裕、最廉价和最广泛使用的能源之一。但是，目前热能的采集还在使用传统的技术，美国范围内超过80%的电力来自「机械热发动机和涡轮机」，这种技术是19世纪的技术，且只能用于大型发电站。

    然而，几十年前被抛弃的卫星动力技术，最近再次焕发了新的生命力。它与传统的发电站相结合，帮助它们更加高效地将热量转化为电力。这样，为了获取能量而燃烧的矿物燃料将变得更少，对环境十分有利。

    创新

    哈佛大学教授 Roger Howe 领导的这一最新研究，他认为新材料可以重新燃起「热离子能量转换」领域的希望，改进我们生产电力的方式，减少对于环境的影响。

    作为替代方案，「热离子能量转换器」（TEC）能够通过热离子发射现象，将热量更高效地转化为电力，并且无需昂贵的大型设备。TEC 的首次开发是在1950年代，用于航天项目。但是，科学家并没有能够让TEC更加有效，可以应用于工业电力生产。目前，科学家通过现代材料和方法，可以显著提高TEC的效率。

斯坦福大学实验室的TEC原型

TEC 由两个电极组成，分别称为发射极和集电极，中间有一条小型真空带隔开。这种TEC样机使用单层碳原子薄片（石墨烯）材料，取代钨作为集电极材料。研究人员对这种TEC进行了测试，他们发现新材料提高了TEC的效率，使得在1000摄氏度时，热量转化为电力的效率提高了6.7倍。

    使用石墨烯作为集电极

    价值

    文章的领导作者，斯坦福大学的 Hongyuan Yuan 博士评论道：

    “TEC技术听起来很棒。通过效率方面的提升，我们希望看到了巨大的市场潜力。TEC不仅能够帮助提高发电站的效率，并且也能降低对于环境的影响，而且也可以应用于分布式系统例如太阳能电池。未来，我们认为它有希望从热水器产生1到2千瓦的电力，从而为你的房间提供部分的电力。”

    现有的TEC技术面临两个阻碍：

    阳极表面存在高能量损耗，导致输出电压降低。

    电子移动进发射极和集电极之间的空隙，存在高电气障碍，带来输出电流减少。

    新样机首次同时解决了这两个问题。研究成果显示在能量转换过程中电子效率可以达到9.8%，是迄今为止在1000摄氏度温度条件下达到的最高效率。

    未来

    这项技术目前尚未完全准备好应用于发电站或者家居环境，样机只能在真空室应用，而不能用于正常环境。研究人员正在对于真空包装的TEC，进行真实应用中的「信赖性和效率」测试。

    Yuan 博士称：

    “样机是第一步，除此之外还有很多事需要做。但是我们目前的成果让人感到非常有前途，将现代材料科学和传统的能源技术完美结合，使得古老的热离子能量转换领域重新焕发光彩。”