Новая термофотоэлектрическая ячейка конвертирует 40% тепловой энергии в электричество

Исследователи MIT представили новую термофотоэлектрическую ячейку (ТФ-ячейка), которая способна конвертировать тепло в электричество с эффективностью более 40 процентов. Это примерно столько же, сколько вырабатывают традиционные паровые турбины на электростанциях. Подобные ячейки могут использоваться в массивах термальных батарей, генерирующих энергию без подвижных частей.

Термофотоэлектрическая ячейка работает путем нагрева полупроводникового материала, чтобы значительно повысить энергию фотонов. При достаточно высокой температуре фотоны способны выбивать электроны, приводя к выработке электричества. Прошлые ТФ-ячейки достигали эффективности в 32%, так как работали на более низких температурах.

Разработанная в MIT и национальной лаборатории по возобновляемой энергии ТФ-ячейка работает при температурах между 1900 и 2400 градусами по Цельсию. Она состоит из двух слоев сплавов. Первый захватывает самые высокоэнергетичные фотоны от источника тепла, второй слой рассчитан на менее фотоны с более низкой энергией. Все фотоны, проходящие через двухслойную систему отражаются зеркалом на источник тепла, чтобы минимизировать трату энергии.

По словам исследователей, преимущество ТФ-ячеек в том, что это твердотельные конвертеры тепловой энергии в электрическую. У них нет движущихся частей и они способны работать на гораздо более высоких температурах с низкими расходами на обслуживание.

В масштабной термальной батарее система будет потреблять лишнюю энергию от возобновляемых источников, таких как солнце, храня их в изолированных графитовых блоках. При необходимости ТФ-ячейки будут активироваться и накопленную тепловую энергию будут конвертировать в электрическую. Хотя тестовая ячейка имела размер всего в 1 квадратный сантиметр, технология уже существует и наладить производство не составит труда. Однако для эффективной работы потребуется ячеек примерно на 900-1000 квадратных метров.