重大突破！新型热光伏电池效率可达40% 未来有望实现零碳电网

财联社| 2022-04-21 16:02:04

财联社上海4月21日讯（编辑黄君芝）据报道，来自麻省理工学院和美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究团队已成功开发并展示了一种热光伏（TPV）电池，它能够比传统的蒸汽涡轮机更有效地将热量转化为电能，而且成本很低。这对未来的发电站和电网储能都有巨大的影响。

热光伏（TPV）主要通过光伏效应将红外波长的光转换为电能，并且可以实现能量存储和转换的方法。研究人员计划将这种 TPV 电池整合到电网规模的热电池中。该系统将从太阳能等可再生能源中吸收多余的能量，并将这些能量储存在高度绝缘的热石墨库中。当需要能量时（例如阴天时），TPV 电池会将热量转化为电能，并将能量分配给电网。

众所周知，人类的大部分电力来自热能，即燃烧煤炭或天然气、核裂变、聚光太阳能，这些热能被用来烧水及旋转蒸汽涡轮机，从而生产电力。在过去的一个半世纪中，它作为一种成熟的、优化良好的技术，在世界各地变得无处不在，它具有已知的优势和局限性。

其中一个限制就是效率。虽然一些涡轮机已经成功地将热源60%的能量转化为电力，但平均涡轮机的运行效率仅为35%。另一个限制是热量，蒸汽涡轮机依赖于一些须在一定温度阈值下运行的部件。

此次的新设计旨在从更高温度的源头捕获更高能量的光子，这要归功于它使用了更高的带隙材料和多个结。在1900摄氏度和2400摄氏度之间的测试中，新的TPV电池保持了约40%的效率。早期的TPV电池平均效率约为20%，此前效率最高的记录为32%。

上述研究成果已于近期发表在了著名科学期刊《自然》（Nature）杂志上。

研究人员写道，“TPV达到40%的效率是值得注意的，因为它现在使TPV成为一种可以与涡轮机竞争的热机技术。40%的效率已经高于美国基于涡轮机的热机的平均效率，但TPV比涡轮机更具吸引力的是其成本更低、响应时间更快的潜力、维护简单、易于与外部热源集成以及燃料灵活性。”

据了解，这种新型热机技术在“适用于天然气或氢燃烧”的温度范围内运行，为下一代低排放发电厂的前景带来了希望，这些发电厂能够以更低的成本从燃烧源中提取更多的电力。在绿色氢的例子中，这样的工厂可以不排放碳。

麻省理工学院机械工程系教授、该项目的研究人员之一Asegun Henry说：“热光伏电池是证明热电池是一个可行概念的最后关键步骤。这是推广可再生能源和实现零碳电网道路上的绝对关键一步。”