Hareketli Parçası Olmayan Küçük, Yeni Bir Isı Motoru İnanılmaz Bir Enerji Dönüm Noktasına Ulaştı

Bilim insanları, hareketli parçası olmayan katı hal termofotovoltaik (TPV) hücrelerinin, ısıyı elektriğe dönüştürmek söz konusu olduğunda daha yüksek sıcaklıklarda daha yüksek verimlilik elde edebileceğinden ve tamamen yenilenebilir kaynaklara dayalı elektrik şebekelerine evrilebileceğinden umutlu.

Araştırmacılar, böyle bir TPV hücresinin yüzde 40 verimlilikle yeni bir dünya rekoru kırdığını bildirdi. Bu, ısıyı elektriğe dönüştürmek için geleneksel olarak kullanılan buhar türbinlerinden daha iyidir, bu da tipik olarak yüzde 35'te maksimuma çıkar ve üst sıcaklık sınırları da vardır.

TPV'ler, beyaz-sıcak ısı kaynaklarından yüksek enerjili fotonları elektriğe dönüştürür. Termal pillerle birleştirildiğinde, Güneş'ten enerji yakalayabilir ve gerektiğinde elektriği serbest bırakarak onu uzak tutabilirler.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) makine mühendisi Asegun Henry, "Katı hal enerji dönüştürücülerinin avantajlarından biri, hareketli parçaları olmadığı için daha düşük bakım maliyetleriyle daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmeleridir" diyor.

"Orada duruyorlar ve güvenilir bir şekilde elektrik üretiyorlar."

Rekor kıran dönüşümde yer alan termofotovoltaik hücre, 1.900 ila 2.400 santigrat derece (3.452 ila 4.352 Fahrenheit) sıcaklıklarda ısı kaynaklarından elektrik üretebilir. Bu sıcaklıklar, ilgili hareketli parçalar nedeniyle geleneksel buhar türbinlerinin çalışması için çok yüksek.

Şimdi bu hücrelerin verimliliği de artıyor ve onları daha canlı hale getiriyor. Önceki rekor yüzde 32 verimlilikteyken, bugüne kadar üretilen çoğu TPV hücresi yüzde 20 verimlilik oranı civarındaydı.

Verimlilik kaydı, yaklaşık bir santimetre kare büyüklüğünde olan hücre tarafından emilen ısıyı ölçmek için bir ısı akışı sensörü kullanılarak ölçüldü. Hücrenin maruz kaldığı ısı miktarını değiştirmek için yüksek sıcaklıklı bir ampul kullanıldı, bu da aslında daha büyük bir sisteme takılmaya uygun olduğunu ortaya çıkardı.

Henry, "Termal pillerle ilgili geniş bir sıcaklık aralığında yüksek verimlilik elde edebiliriz" diyor.

Verimlilik artışı, esas olarak, düşük bant aralığı olarak bilinen, elektriğin üretilmesi için elektronların geçmesi gereken bir boşluk olan, kullanılan malzemelerden kaynaklanmaktadır. Burada araştırmacılar, daha yüksek bant aralığı malzemelerinin yanı sıra çoklu bağlantı (veya malzeme katmanları) kullandılar.

Üç katman kullanılır: yüksek enerjili fotonları elektriğe dönüştürmek amacıyla yakalamak için yüksek bant aralıklı bir alaşım, ilk katmandan kayan düşük enerjili fotonları yakalamak için düşük bant aralıklı bir alaşım ve tüm fotonları geçen fotonları yansıtmak içinse altın bir ayna kullanıldı.

TPV hücresinin artık operasyonel, güvenilir ve verimli olduğu kanıtlandığından, bilim insanları tam bir enerji üretim sistemi oluşturmak için onu ölçeklendirme ve diğer elementlerle birleştirme işine devam edebilir.

Henry, "Termofotovoltaik hücreler, termal pillerin uygulanabilir bir konsept olduğunu göstermenin son önemli adımıydı" diyor. "Bu, yenilenebilir enerjiyi çoğaltma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adım."

Araştırma Nature'da yayınlandı.