重大突破！科學家開發出新型熱機，未來或將實現全脫碳電網

數據顯示，全球90%以上的電力來自煤炭、天然氣、核能和集中太陽能等熱源。長達一個世紀以來，蒸汽輪機一直是將此類熱源轉化為電能的標準工具。

近日，麻省理工學院和美國國家可再生能源實驗室的工程師開發了一種熱機，可將熱能轉化為電能。測試結果表明，轉化效率超過40%，性能優于傳統蒸汽輪機。

熱機是一種熱光伏（TPV）電池，類似于太陽能電池板的光伏電池。研究人員計劃將TPV電池整合到電網規模的熱電池中，該系統可從太陽能等可再生能源中吸收多余的能量，并將這些能量儲存在高度絕緣的熱石墨庫中。當需要能量時，例如在陰天，TPV電池會將熱量轉化為電能，并將能量分配給電網。

麻省理工學院機械工程系教授Asegun Henry說：“TPV電池是證明熱電池成為可行概念的最后一個關鍵步驟，也是在推廣可再生能源和實現完全脫碳電網的道路上至關重要的一步。”

此前，大多數TPV電池的效率僅達到20%左右，最高的也僅為32%。這主要是因為它們被設計為在較低溫度下運行，從而影響了效率。在新TPV的設計中，研究人員希望從更高溫度的熱源中捕獲高能光子以提高效率。

該電池由三個主要區域制成：高帶隙合金位于帶隙稍低的合金之上，其下方是鏡面狀的金層。第一層捕獲熱源的最高能量光子并將它們轉換為電能，而穿過第一層的低能量光子被第二層捕獲并轉換以增加產生的電壓。任何穿過第二層的光子都會被鏡子反射，回到熱源，而不是作為廢熱被吸收。

目前，研究人員已經在小規模實驗中成功地展示了該系統的主要部分，并正在努力整合這些部分以創建一個完全可操作的系統。他們希望擴大系統規模以取代火力發電廠，并實現完全由可再生能源供電的脫碳電網。

該研究論文題為“Thermophotovoltaic efficiency of 40%”，已發表在《自然》期刊上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04473-y

標簽： 可再生能源 熱光伏電池