Zařízení přeměňuje odpadní teplo na elektřinu | Blogy | Počítačová recenze

Energetické systémy, které pohánějí naše životy, také produkují odpadní teplo – například teplo vyzařované horkovodním potrubím v budovách a výfukovým potrubím automobilů. Podle vědců z Penn State a National Renewable Energy Laboratory může nový flexibilní termoelektrický generátor obalit potrubí a další horké povrchy a přeměnit odpadní teplo na elektřinu efektivněji, než bylo dříve možné.

„Mnoho tepla z energie, kterou spotřebováváme, je v podstatě vyplýtváno, často se rozptýlí přímo do atmosféry,“ řekl Shashank Priya, viceprezident pro výzkum a profesor materiálové vědy a inženýrství na Penn State. „Neměli jsme nákladově efektivní způsoby s konformními tvary, jak zachytit a přeměnit toto teplo na užitečnou energii. Tato studie otevírá tyto dveře.“

Vědci z Penn State pracují na zlepšení výkonu termoelektrických generátorů, zařízení, která dokážou přeměnit teplotní rozdíly na elektřinu. Když jsou zařízení umístěna blízko zdroje tepla, elektrony pohybující se z horké strany na studenou vytvářejí elektrický proud, uvedli vědci.

V předchozí práci tým vytvořil pevná zařízení, která byla ve vysokoteplotních aplikacích účinnější než komerční zařízení. Tým nyní vyvinul nový výrobní proces pro výrobu flexibilních zařízení, která poskytují vyšší výkon a účinnost, uvedli vědci.

„Tyto výsledky otevírají slibnou cestu k širokému využití termoelektrické technologie v aplikacích rekuperace odpadního tepla,“ řekl Wenjie Li, odborný asistent výzkumu na Penn State University. „To by mohlo mít významný dopad na vývoj praktických generátorů tepla na elektřinu.“

Flexibilní zařízení jsou podle vědců vhodnější pro nejatraktivnější zdroje odpadního tepla, jako jsou potrubí v průmyslových a obytných budovách a dopravních prostředcích. A není třeba je lepit na povrchy jako tradiční pevná zařízení, což dále snižuje jejich účinnost.

V testech prokázalo nové zařízení o 150 procent vyšší hustotu výkonu než jiná současná zařízení, uvedli vědci v Applied Materials & Interfaces. Větší verze s plochou něco málo přes 3 čtvereční palce si zachovala výhodu hustoty výkonu 115 %. Podle vědců tato verze prokázala celkový výkon 56,6 wattu při umístění na horký povrch.

„Přemýšlejte o průmyslové elektrárně s trubkami dlouhými stovky stop,“ řekla Priya. „Pokud dokážete tato zařízení omotat kolem tak velké plochy, můžete generovat kilowatty energie z nevyužitého tepla, které by se normálně jen tak vyhodilo. Odpadní teplo můžete přeměnit na něco užitečného.“

K vytvoření nového zařízení vědci umístili šest párů podél tenkého proužku. Poté pomocí pružné kovové fólie spojili 12 pásků dohromady a vytvořili zařízení se 72 páry. Podle vědce byl mezi vrstvami každého proužku použit tekutý kov, aby se zlepšil výkon zařízení.

„Jak škálujete tato zařízení, často ztrácíte hustotu výkonu, což ztěžuje výrobu velkých termoelektrických generátorů,“ řekl Bed Poudel, docent výzkumu na Penn State University. „To ilustruje výjimečný výkon našeho 72párového zařízení.“

72-párové zařízení prokázalo nejvyšší výstupní výkon a hustotu výkonu ze všech jednotlivých termoelektrických generátorů, uvedli vědci.

Prostory mezi pásy poskytují flexibilitu, aby se přizpůsobily tvarům, jako jsou trubky. Mezery také umožňují flexibilní variace faktoru plnění nebo poměru mezi plochou termoelektrického materiálu a plochou zařízení, což lze použít k optimalizaci termoelektrických zařízení pro různé zdroje tepla, uvedli vědci.