一个没有运动机件的热机

《Interesting Engineering》by Christopher McFadden on April 16, 2022

麻省理工和国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)合作，开发了一个没有运动机件的热机，这台热机的热效率是40%，有一天可能取代蒸汽机。这一结果发表在《自然》上。

这个设备称为热光伏电池(thermophotovoltaic cell)，和传统的光伏电池有一些相似的特征，但是它从高温热源(1900至2400度)获得能量，转化为电能。研究团队计划把这个电池装在电网中，从太阳接受热能，存储在隔热的石墨块。当需要使用能量时，热光伏电池可以将热能转化成电能，供应到电网，在再生能源不能发电的间断时间供电。

现在全球能源供应主要来自石化能源如煤炭和天然气，以及再生能源如核能和太阳能，这些能源都通过蒸汽涡轮机把热能转变成电能。这个转化过程是可靠的，但是已经使用了一个多世纪。而且，蒸汽涡轮机的效率不高。一般情况下，蒸汽涡轮机可以将35%的热能转化成电能，而有些的效率可以达到60%。但是蒸汽涡轮机有一个缺点，它们都有运动机件，而这些零件在高温工况下工作，最后都会损坏。这个热光伏电池使用了由半导体材料构成的固态能量转换器，可以在更高的温度下工作从而取代蒸汽涡轮机。在工作时，如果一个具有足够能量的光子被半导体吸收，这个光子可以使一个电子跃迁过带隙，从而产生电流。