一种新型热电发电机可以从室温的热量中提取能量

知新了了 2024-09-27 08:44:45

日本科学家开发了一种新的有机装置,可以从热量中获取能量。与其他热电发电机不同,这种发电机在室温下工作,没有热梯度。

热电装置的设计利用了一个简单的物理定律:热能从较热的区域转移到较冷的区域。在这些装置中,电子从较热的表面移动到较冷的表面,从而产生电流。理论上,热电发电机、材料和涂料可以通过发动机、发电厂甚至人体热量的微小温差来发电。

通常,温度梯度越大,热电发电机越好,但现在日本九州大学的科学家们已经找到了一种方法,可以利用室温下相对较低的能量,完全没有梯度。

相反,新设备的工作原理被称为电荷分离。来自周围空气的热量使材料中的负电子和正电子“空穴”分离并向不同方向移动,从而产生电流。

所讨论的材料是有机化合物,可以很容易地在彼此之间转移电子。不同类型的化合物像楼梯一样堆叠在薄层中,热量给电子或空穴提供足够的能量,让它们跳到下一个“台阶”。

在对不同的化合物组合进行多次试验和错误之后,研究小组确定了一种装置,该装置由180纳米的酞菁铜层、320纳米的十六氟酞菁铜层、20纳米的富勒烯层和20纳米的酞菁铜层组成。

其开路电压为384毫伏,短路电流密度为1.1 μA/cm2,最大输出功率为94 nW/cm2。当然,这是一小部分电力,但考虑到它来自室温,它可以制造更简单的发电机。

“我们想继续研究这个新设备,看看我们是否可以用不同的材料进一步优化它,”该研究的主要作者Chihaya Adachi教授说。“如果我们增加设备的面积,我们甚至可能实现更高的电流密度,这即使对有机材料来说也是不寻常的。它只是告诉你有机材料具有惊人的潜力。”

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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