热能发电(温差发电片发电效率)

能源一直是社会发展和经济增长的主要驱动力之一。然而，随之而来的能源激增也导致了我们现在面临的重大环境危机。因此，我们必须尽快找到用绿色技术替代化石燃料的新方法，带领我们走向碳中和的世界。美国最近承诺到2030年将温室气体排放量减少一半，这只会使这一必要性更加紧迫。因此，迫切需要开发能将低品位热能转化为电能的新能源发电技术，以应对持续激增的能源需求和减缓气候变化。

波尔图大学的学者展示了一种混合设备，该设备将摩擦电和热磁耦合起来，在接近室温的小温度梯度下产生电能。磁效应等可以诱导二阶铁磁材料在30℃以下的温度梯度中周期性连续运动，然后利用低成本的摩擦电纳米发电机(TENG)将这种机械运动转化为电能。这一概念已证明其适用于冷侧(15°C至37°C)和热侧(60°C至90°C)的各种工作温度。实验还表明，混合式TENG产生的电力是传统磁感应驱动的热磁发电机的35倍以上。研究结果表明，该方案是一种可行的热能转换技术，进一步拓展了摩擦电技术在室温集热领域的应用。相关文章发表在Advanced Functional Materials上，标题为“混合摩擦电和热磁EEC ts:一种新型低品位热能收集技术”。

纸质链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202110288

1.磁热摩擦纳米发电机的结构设计和工作机理。a)带散热器模块的TM-TENG的详细原理图和b)照片。c)c)TM-TENG的工作机理示意图。

图二。TM-Teng在大约50°C的热梯度下的电输出性能。A)Teng在大约50°C的热梯度下运行期间，冷侧和热侧表面上的测量温度证明了热表面和冷表面的温度行为(插图)的连续Gd移动。b)Teng产生的电压峰值与数值模拟得到的Gd块空之间的温度变化有关。c)频率≈11 mHz的电弧腾产生的开路电压，加热和冷却过程中不同位置的Gd和Cu板的扩展输出电压。d)接触循环中器件中电势分布的有限元模拟。

3.优化三种不同的滕结构获得热能。三种不同结构的插图(左)和照片(右):a)弧形b)锯齿形和c)平行形状的滕。d)在大约41℃的热梯度和大约10 mHz的频率下，由三种不同结构产生的最大开路电压、电流和功率密度。e)在大约41℃和大约10 mHz的热梯度下电弧的电特性。

图4。利用不同的热梯度优化TM-TENG的电性能。当电弧被组装在冷侧表面上时产生的电输出的相关性在以下范围内:a)冷侧温度为15至37 ℃,而固定的热侧温度约为65 ℃;；b)热端温度约为60-90 ℃,冷端温度固定在约20℃。C)电压、电流和功率密度作为Gd/Cu重量的函数。d)在不同热侧温度下组装在热侧表面上的TENG的性能依赖性。

已经证明，当滕与热磁效应相结合时，在室温附近收集微小的温差就能产生可观的电能。本文开发研究了三种不同结构的TENG(弧形、锯齿形和平行形)，其中弧形结构在41°C的恒定热梯度下分别实现了最高的电压、电流和功率密度(~67 V、2.5 A和17.9 MW·m-2)。冷侧组装的弧腾改变了低级温度梯度，最大电压、电流和功率密度分别为79 V、2.6 A和18mw·m-2，分别利用冷侧和热侧温度30和65℃实现。另一方面，当电弧TENG装配在Peltier加热器表面上时，在大约20°C的固定冷端温度和热端温度下产生的最大功率密度为54.7 mW·m-2，温度为65°C。所呈现的结果表明，当与热磁效应结合时，TENG为低级热能收集提供了独特的选择。这项工作清楚地表明，与传统的电磁发电机相比，TENGs是一种利用温差和振动机械能转化为电能的高效收集装置。(正文:SSC)

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