科学家研制新型热电材料:可将废热转为电能

2011年05月29日 09:43 次阅读 稿源: 条评论
普通汽车燃油产生的能量中,被有效利用的大约只有三分之一,其余的三分之二大都通过废热的形式直接排放到环境当中。这不仅浪费了能源,也对环境造成了巨大压力。5月26日,美国《技术评论》杂志网站刊载的一篇文章称,由美国科学家研制的一种热电半导体材料,不但能够捕获这些被白白浪费掉的能源,还能将其转 化为电能供汽车使用。研究人员称,由这种材料制成的热电设备有望将现有汽车的燃油经济性提高3%到5%。
目前美国热电技术公司BSST与美国通用汽车公司全球研发中心都正在独立进行相关的研究和测试。BSST公司将在宝马和福特轿车上进行测试而通用则选择了雪佛兰SUV车型,两家公司选择的装车测试时间都在夏末。

  碲化铋是一种常见的热电材料,包含了昂贵的碲,其工作温度最高只能达到250摄氏度,但热电发电机的温度最高可以达到500摄氏度。所以BSST采用了另一种热电材料,这是一种铪和锆的混合物,这种混合物不仅在高温下工作状态良好,还能将热电发电机的效能提高40%。

  通用的研究人员正在装配的原型机所使用的是另外一种热电材料—钴和砷的化合物,其中还参杂了一些稀土元素例如镱。这种材料不但比碲化物便宜,还可在高温下工作。

  通用汽车公司科学家格雷戈里·迈斯纳说,整个实验过程旷日持久,过程极为复杂。由于存在着巨大的温度梯度,在热电材料接口上存在很大的机械应力,因此,如何使这种材料与汽车保持良好的电力和热力接触就成为了一个技术难点。另外,不同的物质加入在提高其耐热性的同时,也增加了热电材料的电阻,如何减小这种影响也是一大挑战。通过努力科学家们成功解决了这些问题,通用的计算机模拟显示,装备了这种热电设备的雪佛兰Suburban测试车能产生350瓦特的电能,可将Suburban的燃油经济性提高3个百分点。

  在解决了基本的技术问题后,将这种热电设备与现有车辆设备的完美融合成为了研究人员考虑的重点。虽然,在测试中研究人员已将碲化铋通过插入汽车排气系统的方式安装到了一辆SUV中,但迈斯纳对此并不满意,他说:“这看起来就像是一个消音器,我们需要设计出一些和车辆集成度更高的产品,而不是一个附加设备。”

  迈斯纳表示,由于这些材料的生产成本还有待进一步降低,可能还需要4年左右的时间才能投入商用。

《科技日报》
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