能源捕手 新能源捕獲設備大幅提高熱電轉化效率

美國科學家利用熱電效應，研發出了一種能源捕獲設備，這種“能源捕手”可將工業過程中產生的廢熱變為電力，每年為工業生產節省數十億美元。

    美國每年產生的能源中約有50%的能源作為廢熱被白白浪費。美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的科學家，在斯科特·亨特的領導下研發出的這種廢熱轉化器，能在高效冷卻電子設備、光伏電池、電腦等設備的同時進行發電，節能潛力非常巨大。

    亨特團隊的最新技術使用了大小約為1平方毫米的懸臂結構。該設備建立在一個能源捕獲系統上。該能源捕獲系統是一套微電子機械系統(MEMS)熱電電容器結構。當其被加熱和冷卻時，會導致電流在兩個方向交替流動，因此，其可以發電。在該裝置內，懸臂依附於一個錨上，這個錨黏在產生廢熱的基座上。當基座變熱時，因為其雙材料效應，該懸臂也會變熱並彎曲。

    亨特解釋道，熱懸臂的尖端接觸到冷的表面時，懸臂上的熱會散發出去，快速散熱使懸臂彈回並再次同熱表面接觸，懸臂再次變冷，然後又彈回，如此迴圈，只要熱表面和冷表面之間存在溫差，懸臂就會持續散熱併發電。使用這種以反應快速且會週期性迴圈為特徵的懸臂式“能源捕手”陣列，熱電材料的熱電轉化效率可提高至10%到30%。而幾十年來，熱電材料的轉化效率一直徘徊在1%到5%，相關研究停滯不前。

    表面積為1平方英尺的生熱設備(電腦晶片、集成光伏電池等)可容納1000個這樣的“能源捕手”。儘管每個設備產生的電力僅為1毫瓦到10毫瓦，但很多這樣的設備集結而成的陣列產生的電力則非常可觀，足以為遠程傳感系統提供電力，或為冷卻這些生熱系統提供幫助。

    亨特認為，這項技術可以首先被用來給高性能電腦晶片降溫，幫助解決千萬億次(Petaflop)級超級電腦在運行過程中需要大量散熱的問題，並同時將其中大部分熱氣轉變成電力。





科技日報 2011/05/30   劉霞

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 Energy harvesters transform waste into electricity (Physorg)