电器、机械设备或多或少都会排放废热,像是越用越烫的手机、让房间变得暖烘烘的电脑主机都是,不过要善加利用这些废热并不简单,若要将热转换成电,能量取决于温差,而低温废热效益往往不高,对此日本一群科学家想透过热电池(thermocell)解决这一挑战。
从燃煤发电厂、核电厂、大型石化工厂到较小型的汽车、主机,这些设备都会产生无法再利用的热气,若不好好处理,便会造成热污染,不少设备制造商与相关工作人员已对废热回收驾轻就熟,许多工厂已经可将 650 °C 高温与介于 250-650 °C 的废热再用于制程,但若要再利用 120 °C 以下的低温废热,这个难度就比较高了。
在过去的研究中,纵使热电池便宜又可行,但通常热电池都是液态电池,输出电压也取决于温差,因此很难用于低温废热回收,因此日本筑波大学(简称筑大)为了提高热电池效益,已透过温度相变(phase transition)材料研发出新型热电池。
其中相变材料可随温度变化改变物理性质,并在转换过程中吸收与释放能量,日常生活中的石蜡就是一例,科学家则可根据不同温度范围、不同储热容量等因素,选择合适的材料。而筑大选用的材料不需要在高温环境,只要把他从室温转移到 50°C 环境,就会改变其结构,最后将输出电压提高到 120mV,与过去相比性能倍数成长。
(Source:筑波大学)
筑大数理物质系教授资深作者守友浩( Yutaka Moritomo) 表示,温度变化引起的相变让材料体积变大,这反过来也提高热电池的输出电压,且因为输出电压增加的幅度大,因此温度变化造成的电压波动可以忽略不计。
守友浩表示,团队的研究指出,透过在热电池中加入温度相变材料,将可大幅提高电池性能,也找出更高效的能量收集方式。目前研究已经发表在《Applied Physics Express》。
- Something from Nothing: Using Waste Heat to Power Electronics
(首图来源:shutterstock)
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