温差发电1.doc

温差发电变废为宝“温差发电将热能直接转化为电能,只有微小温差存在的情况下也能应用,是适用范围很广的绿色环保型能源——它甚至能利用人的体热,为各种便携式设备供电,真正做到‘变废为宝’。”华东理工大学机械工程学院涂善东教授、栾伟玲副教授认为,温差电技术正重新成为全球研究的热点,值得我国科学技术研究部门的重视。就温差电技术的机理、该领域最新研究进展、进行推广应用的紧迫性和当前可能取得进展的突破点等问题,两位从事能源材料与设备技术研究的专家接受了本报记者的专访。 Seebeck效应“温差发电通过热电转换材料得以实现,而检定热电转换材料的标志,在于它的三个基本效应:Pe ltier 效应、Seebeck效应和Thomson效应。”栾伟玲副教授说,正是这三个效应,奠定了热力学中热电理论的基础,也为热电转换材料的实际应用展示了广阔前景。其中,Seebeck效应是温差发电的基础。 1821年,德国人Seebeck发现,在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中,如果两个接头处存在温度差,其周围就会出现磁场,又通过进一步实验发现回路中存在电动势。这一效应的发现,为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制作奠定了基础。栾伟玲介绍,热电转换材料直接将热能转化为电能,是一种全固态能量转换方式,无需化学反应或流体介质,因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点,在军用电池、远程空间探测器、远距离通讯与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可替代”的地位。在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下,温差电技术更成为引人注目的研究方向。栾伟玲描述了温差发电的工作原理说,将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态,另一端开路并给以低温时,由于高温端的热激发作用较强,空穴和电子浓度也比低温端高,在这种载流子浓度梯度的驱动下,空穴和电子向低温端扩散,从而在低温开路端形成电势差;如果将许多对 P型和N型热电转换材料连接起来组成模块,就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。众多应用据介绍,温差电技术研究始于20世纪40年代,于20世纪60年代达到高峰,并成功地在航天器上实现了长时发电。当时美国能源部的空间与防御动力系统办公室给出鉴定称, “温差发电已被证明为性能可靠、维修少、可在极端恶劣环境下长时间工作的动力技术”。近几年来,温差发电机不仅在军事和高科技方面,而且在民用方面也表现出了良好的应用前景。涂善东教授介绍说,在远程空间探索方面,人们从上个世纪中叶以来不断将目标投向更远的星球、甚至是太阳系以外的远程空间,这些环境中太阳能电池很难发挥作用,而热源稳定、结构紧凑、性能可靠、寿命长的放射性同位素温差发电系统则成为理想的选择。因为一枚硬币大小的放射性同位素热源,就能提供长达20年以上的连续不断的电能,从而大大减轻了航天器的负载,这项技术已先后在阿波罗登月舱、先锋者、海盗、旅行者、伽利略和尤利西斯号宇宙飞船上得到使用。放射性同位素发电机在军事方面的应用也不可小视。早在20世纪80年代初,美国就完成了500 W~1000W军用温差发电机的研制,并于80年代末正式列入部队装备,放在深海中为美国导弹定位系统网络的组成部分——无线电信号转发系统供电。1999年,美国能源部又启动了“能源收获科学与技术项目”,研究利用温差