熱機是一種熱光伏（TPV）電池，類似于太陽能電池板的光伏電池。研究人員計劃將TPV電池整合到電網(wǎng)規(guī)模的熱電池中。該系統(tǒng)將從太陽能等可再生能源中吸收多余的能量，并將這些能量儲存在高度絕緣的熱石墨庫中。當需要能量時，例如在陰天，TPV電池會將熱量轉(zhuǎn)化為電能，并將能量分配給電網(wǎng)。

“TPV電池是證明熱電池成為可行概念的最后一個關鍵步驟?！甭槭±砉W院機械工程系教授阿塞根·亨利說，這是在推廣可再生能源和實現(xiàn)完全脫碳電網(wǎng)的道路上至關重要的一步。

近年來，科學家們一直在研究固態(tài)能量轉(zhuǎn)換器?？茖W家認為，固態(tài)能量轉(zhuǎn)換器的一個優(yōu)點是它們可在更高溫度下以更低的維護成本運行，因為它們沒有運動部件。

TPV電池為固態(tài)熱機提供了一條探索途徑。就像太陽能電池一樣，TPV電池可由具有特定帶隙的半導體材料制成。但迄今為止，大多數(shù)TPV電池的效率僅達到20%左右，最高的也僅為32%。

在新的TPV設計中，亨利及其同事希望從更高溫度的熱源中捕獲更高能量的光子，從而更有效地轉(zhuǎn)換能量。與現(xiàn)有的TPV設計相比，該團隊的新電池采用更高的帶隙材料和多個結或材料層。

該電池由三個主要區(qū)域制成：高帶隙合金位于帶隙稍低的合金之上，其下方是鏡面狀的金層。第一層捕獲熱源的最高能量光子并將它們轉(zhuǎn)換為電能，而穿過第一層的低能量光子被第二層捕獲并轉(zhuǎn)換以增加產(chǎn)生的電壓。任何穿過第二層的光子都會被鏡子反射，回到熱源，而不是作為廢熱被吸收。

研究團隊將電池暴露在高溫燈下，并將光集中在電池上。然后，他們改變了燈泡的強度或溫度，并觀察了電池的功率效率如何隨溫度變化。在1900℃至2400℃的溫度范圍內(nèi)，新型TPV電池的效率保持在40%左右。

實驗電池約為一平方厘米。對于電網(wǎng)規(guī)模的熱電池系統(tǒng)，研究人員設想TPV電池必須擴大到約900平方米。

亨利表示，該技術在其生命周期內(nèi)是安全的、對環(huán)境無害的，并且可對減少電力生產(chǎn)中的二氧化碳排放產(chǎn)生巨大影響。