Кембридж, Массачусетс — Промышленными процессами и электростанциями генерируются огромные количества избыточного тепла; исследователи уже давно ищут способы использования этой бесполезно теряемой энергии. Большая часть усилий была направлена на термоэлектрические устройства, но эффективность таких устройств ограничена доступными материалами. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Стэнфордского университета теперь нашли новую альтернативу для преобразования низкотемпературного сбросного тепла в электричество — для тех случаев, когда разница температур менее 100°C.
Новый подход, основанный на явлении, называемом термогальваническим эффектом, описан в статье, опубликованной доктором Юань Яном и профессором Ган Чэнем из Массачусетского технологического института, доктором Сок Ву Ли и профессором Йи Цуем из Стэнфорда, а также тремя другими авторами.
Новая система, используя тот факт, что напряжение аккумуляторных батарей зависит от температуры, комбинирует в себе циклы заряда-разряда этих батарей с нагревом и охлаждением, так что напряжение разряда является более высоким, чем напряжения заряда. Система может эффективно использовать даже относительно небольшие разности температур, например, разность в 50°C.
Для начала, незаряженная батарея нагревается сбросным теплом отходов. После этого батарею, находящуюся при более высокой температуре, заряжают; после полной зарядки ей дают остыть. Поскольку зарядное напряжение ниже при высоких температурах, чем при низких температурах, то, как только батарея остынет, она фактически может отдать большее количество электроэнергии, чем то, что был использовано, чтобы её зарядить. Эта дополнительная энергия, конечно, не появляется из ниоткуда: она происходит от тепла, которое было добавлено в систему.
Система направлена на использование тепла менее 100°С, чему соответствует большая часть потенциально пригодного сбросного тепла. В демонстрации со сбросным теплом в 60°С эффективность новой системы, по оценкам, составила 5,7 процента.
Основная концепция этого подхода была первоначально предложена в 1950-х, сказал профессор Чэнь, но «ключевым усовершенствованием здесь является использование материала, отсутствовавшего в то время» для электродов батарей, а также достижения в области проектирования системы.
Эта ранняя работа была основана на температуре 500°С или выше, добавил доктор Ян; большинство систем рекуперации тепла работают лучше всего с более высокими температурными различиями.
В то время как новая система имеет существенное преимущество в эффективности преобразования энергии, на данный момент она имеет гораздо меньшую плотность энергии — количество энергии, которое может быть доставлено данным весом — чем термоэлектрики. Также потребуются дальнейшие исследования для обеспечения надёжности в течение длительного периода использования, а также в улучшении скорости заряда-разряда аккумулятора, сказал Чэнь.