工厂、重型机械和大型交通工具排出的废热,大多最后都会逸散于大气中,不过以能源角度来说,这可能是一种“浪费”,我们或许可以透过热电材料,利用温度差把废热转换成电力,助降低碳排放、能源浪费一臂之力。
秉持这个想法,英国科学家最近研发出可 3D 打印制备的热电元件,跟过去的打印材料相比,不仅效率因数(efficiency factor)提高 50%,可将 9.5% 热转换成电,成本还更加低廉。
在热电效应概念中,热电优值(Thermoelectric figure of merit,ZT)愈高,则可推知该材料具有良好的热量性质,其中在过去的研究中,硒化亚锡(SnSe)被认为是潜力高的热电材料,能有效地将热转换成电力。
只不过该材料尚未大量应用也不是没有原因,制造所需的能源、成本皆相当可观,对于工厂来说,并不是一件划算的事情,有鉴于此,英国史云斯大学(Swansea University)SPECIFIC 研发与知识中心希望能开发出成本低、可快速并大量生产的硒化亚锡热电发电机。
团队首先将无机化合物硒化锡(tin selenide)调配成油墨,最后再透过印刷来测试性能,希望最后能打造出专门的 3D 打印技术,直接打印出小型热电发电机。
根据团队实际测试,新材料的 ZT 值,最高可达 1.7,可以将 9.5% 热转换成电,表现比过去最佳的 8% 还要好,且相较之下,过去的印刷热电材料 ZT 值只有 1, 只能转换 4.5% 的热。
▲ 热成像图显示新型热电材料的高转换效率。
而这一进展对需要高温作业的制造业、工厂尤其有利,就好比炼钢厂,其过程会产生高热以及需要庞大的电力,该技术可有效将废热再循环,进一步提高能源效率。史云斯大学 Matt Carnie 博士表示,透过将废热转化为电,能大幅提高工厂的能源效率,对工厂营运方来说,也能降低电费账单跟减少碳排放。
团队研究也相当看好 3D 打印硒化锡热电材料的前景,热电材料效率不仅创新高,与过去的印刷材料相比,效率因数也提高超过 50%,未来若大规模生产,整体制造成本也较为便宜。目前研究已发表在《Advanced Energy Materials》。
- Turning waste heat into electrical power: 3D printed device could help cut energy bills and carbon
(图片来源:史云斯大学)