新技术直接将地热能转化为电池能量

相较于太阳能与离岸风电,地热是较为冷门的可再生能源系统,这可能是因为开发难度跟成本较高的原因,而现在日本科学家让地热更加亲民了,他们研发出「地热电池」,可直接将热能转换成电力,不再需要经过蒸气来发电。

新技术直接将地热能转化为电池能量插图1

地热发电跟蒸汽发电原理类似,首先通过钻井技术将地下高温泉水及高压蒸汽取至地表,推动涡轮机发电后,泉水再回灌地下重新加热,终而复始,虽然说地热稳定,可以当作基载电力,也不需要燃料与锅炉,运转成本较低,但是前期的探勘、钻井成本非常昂贵,也需要超过180°C 的工作环境,开发难度高。

不过未来开发地热有另一种选择了,日本东京工业大学与三樱工业携手合作,带来更直接、快速的方法,他们设计出能够在100°C 以下发电的敏化热电池(sensitized thermal cells, STC),而且是直接转换成电力,不需要通过热水、高压水蒸气等中间载体。

其中STC 是由阴阳两极、电子传输层、锗半导体与负责传递铜离子的固态电解质组成的多层电池,只要将电池埋入地底,受热后就能将锗半导体中的电子激发至激发态,然后再转移到电子传输层。之后会电子再经由电极与外部电路转移至相对电极,并在电解质产生氧化还原反应发电,最后将低能电子(low-energy electrons)带回锗半导体中后,就能开启下一回合。

新技术直接将地热能转化为电池能量插图3
(Source:东京工业大学)

不过既然是电池,是不是就需要充电,无法像传统的地热发电一样能当作基载电力?对此,团队认为不需担心,他们在实验中确实有观测到电池「没有电」的情形,而这是因为不同类型的铜离子迁移,导致电解质层的氧化还原反应中止,只要打开外部电路加热电池,就能让电池自动恢复。

这项技术还是可以长久地供电,团队甚至认为可以达到「半永久性」。东京工业大学材料与化学科技助理教授松下洋子(Matsushita Sachiko)表示,藉由新型热电池,或许能让地热改头换面,让人们不用担心辐射与昂贵的石油,也不需依赖间歇性的太阳能与风力发电。

未来团队则会再加以改善设计,希望能尽快将技术推向市场。目前研究已经发表在《Journal of Materials Chemistry A》。

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原创文章,作者:108黑科技,如若转载,请联系我们:thinkou@126.com 并注明出处:https://www.108hei.com/archives/1026

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