東京理工大學(xué)研發(fā)出穩(wěn)定的敏化熱電池 將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能

作者：TokyoInstituteofTechnology

在一個能源消耗不斷上升的世界里，我們唯一的希望就是開發(fā)新的能源生產(chǎn)技術(shù)。盡管目前使用的可再生能源，如風(fēng)能和太陽能，有其優(yōu)點，但在我們的鼻子下面有一個巨大的，永久的，未開發(fā)的能源：地?zé)崮堋?/p>

利用地?zé)岚l(fā)電需要能夠利用地殼內(nèi)部熱量的裝置。最近，由松下博士領(lǐng)導(dǎo)的東京理工大學(xué)的一個科學(xué)家小組在理解和發(fā)展敏化熱電池（STCs）方面取得了很大進展，這種電池可以在100℃或更低的溫度下發(fā)電。

目前已有幾種將熱能轉(zhuǎn)化為電能的方法，但它們的大規(guī)模應(yīng)用是不可行的。例如，基于塞貝克效應(yīng)的冷熱氧化還原電池和設(shè)備不可能簡單地將它們埋在熱源中并加以利用。

松下博士的研究小組以前曾報道過使用STCs利用作為一種染料敏化太陽能電池將熱量直接轉(zhuǎn)化為電能的新方法。他們還用半導(dǎo)體代替了染料，使系統(tǒng)可以用熱而不是光來工作。STC電池由三層夾在電極之間的層組成：電子傳輸層（ETM）、半導(dǎo)體層（鍺）和固體電解質(zhì)層（銅離子）。簡言之，在半導(dǎo)體中，電子通過熱激發(fā)從低能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)，然后自然地轉(zhuǎn)移到ETM。然后，它們通過電極離開，通過外部電路，通過反電極，然后到達電解質(zhì)。涉及銅離子的氧化和還原反應(yīng)發(fā)生在電解質(zhì)的兩個界面上，導(dǎo)致低能電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體層，從而使該過程重新開始，從而完成電路。

然而，當(dāng)時還不清楚這種電池是否可以用作永久性發(fā)動機，或者電流是否會在某一點停止。在測試后，研究小組觀察到電流確實在一段時間后停止流動，并提出了一種解釋這種現(xiàn)象的機制。基本上，電流停止是因為電解質(zhì)層的氧化還原反應(yīng)由于不同類型銅離子的重新定位而停止。最重要的是，同樣令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)，只要打開外部電路一段時間，電池就能在有熱量的情況下自行恢復(fù)這種情況。“有了這樣的設(shè)計，通常被視為低質(zhì)量能源的熱將成為一種偉大的可再生能源。”松下說。

由于其適用性、生態(tài)友好性和幫助解決全球能源危機的潛力，該團隊對他們的發(fā)現(xiàn)感到非常興奮。“沒有對輻射的恐懼，沒有對昂貴的石油的恐懼，沒有像依靠太陽或風(fēng)那樣的發(fā)電不穩(wěn)定，”松下評論道。這種電池的進一步改進將是未來研究的目標(biāo)，希望有一天能在不損害地球的情況下解決人類的能源需求。