斯旺西大学专门创新和知识中心的研究人员制造了一种新的三维打印热电装置,该装置将热量转换为电能,其效率比以前最好的打印材料高出50%以上,而且批量生产成本低廉。
目前,英国工业使用的能源中约有六分之一是废热,排放到大气中。利用这一点来发电可能是帮助工业界削减能源账单和减少碳足迹的一大进步。
热电材料将温差转化为电能,反之亦然。它们被用于冰箱、发电厂,甚至一些由体温供电的智能手表。
先前的研究表明,一种名为硒化锡(SnSe)的材料,一种由锡(Sn)和硒(Se)组成的化合物,具有很高的热电材料潜力。问题是,用于制造它的方法需要大量的能源,因此很昂贵。
这就是斯旺西研究人员的工作。他们开发的这项技术对工业来说可能成本非常低,因为它使SnSe热电发电机能够快速、方便地大量生产。
研究小组将硒化锡配制成一种墨水,可以打印出来测试其性能。下一步是开发一种3D打印技术,用墨水制作一个小型热电发电机。
该团队的实验表明,该材料在性能效率方面的得分创下了历史记录,这是通过“优数”(ZT)来衡量的。
- 斯旺西团队的元件达到了ZT值(热电发电机效率的测量)高达1.7
- 印刷热电材料之前的最佳ZT分数为1.0
- 这意味着斯旺西团队的热电效率约为9.5%,而此前最好的热电效率为4.5%
这一突破对于制造过程中涉及高温的工业来说尤其有利。一个例子是炼钢,它产生大量的热量,需要巨大的电力。因此,将热量回收为电能有可能显著提高能源效率。塔塔钢铁公司将支持该团队的一位博士研究人员探索该技术的工业应用。
该研究小组来自斯旺西大学领导的“特定创新和知识中心”项目,该项目旨在开发减少碳排放的技术,并演示如何将其应用于建筑和工业。
斯旺西大学的马特·卡尼博士是这项研究的首席研究员,他说:
“将废热转化为电能可以显著提高能源效率,减少账单和碳排放。我们的发现表明,用硒化锡印刷热电材料是一个非常有前景的发展方向。
我们开发的设备是迄今为止性能最好的印刷热电材料,与以前的记录相比,效率因数提高了50%以上。与现有的制造方法相比,批量生产也很便宜。
我们还需要做更多的工作,但我们的工作已经表明,这种结合了效率和经济的技术可能对能源密集型行业非常有吸引力。”
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