外形贴合设备包裹在热表面上将废热转化为电能

为我们的生活提供动力的能源系统也会产生废热，例如建筑物中的热水管和车辆排气管散发的热量。据宾夕法尼亚州立大学和国家可再生能源实验室的科学家称，一种新的柔性热电发电机可以缠绕管道和其他热表面，并将废热转化为电能，比以前更有效。

宾夕法尼亚州立大学负责研究的副总裁兼材料科学与工程教授ShashankPriya说：“我们消耗的能源中的大量热量基本上被丢弃了，通常直接散布到大气中。”“我们还没有具有成本效益的保形形状来捕获热量并将其转化为可用能量。这项研究打开了那扇门。”

宾夕法尼亚州立大学的研究人员一直在努力提高热电发电机的性能——这种设备可以将温差转化为电能。科学家们说，当这些设备靠近热源时，电子从热端移动到冷端会产生电流。

在之前的工作中，该团队创造了在高温应用中比商用设备更高效的刚性设备。科学家们说，现在该团队已经开发出一种新的制造工艺来生产能够提供更高功率输出和效率的柔性设备。

“这些结果为将热电技术广泛应用于余热回收应用提供了一条有希望的途径，”宾夕法尼亚州立大学助理研究教授李文杰说。“这可能对实用热电发电机的发展产生重大影响。”

科学家们说，柔性设备更适合最具吸引力的废热源，例如工业和住宅建筑以及车辆上的管道。而且它们不必像传统的刚性设备那样粘在表面上，这会进一步降低效率。

科学家们在《应用材料与界面》杂志上报告说，在对烟道进行的测试中，新设备的功率密度比其他最先进的设备高150%。一个放大版，刚刚超过3平方英寸，保持了115%的功率密度优势。科学家们说，当放置在热表面上时，该版本的总功率输出为56.6瓦。

“想想一个拥有数百英尺长管道的工业发电厂，”普里亚说。“如果你可以将这些设备包裹在一个那么大的区域周围，你可以从通常被丢弃的废热中产生千瓦的能量。你可以将废弃的热量转化为有用的东西。”

热电设备由小对子组成，每对都像一张有两条腿的桌子。许多这样的两条腿对连接在一起，通常形成一个扁平的方形装置。

在制造这种新设备时，科学家们将六对情侣放在一条细长的带子上。然后，他们使用柔性金属箔将12个条带连接在一起，创建了一个包含72对夫妇的设备。这位科学家说，在每个条带的层之间使用液态金属来提高设备性能。

“当你扩大这些设备的规模时，你经常会失去功率密度，这使得制造大型热电发电机变得具有挑战性，”宾夕法尼亚州立大学副研究教授BedPoudel说。“这说明了我们的72对设备的非凡性能。”

科学家们说，这种72对设备的单台热电发电机报告的输出功率和设备功率密度最高。

条带之间的间隙提供了适应管道等形状的灵活性。科学家们说，这些间隙还允许灵活地改变填充因子，或热电材料面积与器件面积之间的比率，这可用于优化不同热源的热电器件。

该项目的其他宾夕法尼亚州立大学研究人员是助理研究教授AminNozariasbmarz;HanByulKang和HangtainZhu，博士后研究员;还有前研究生CarterDettor。国家可再生能源实验室的研究工程师RaviAnantKishore也做出了贡献。