「工業之美」這款電池埋入熱地環境就可直接發電,或改變地熱能應用...

2021-01-07 界面新聞

記者 | 徐寧1

通常被視為低利用率的地熱能，有望成為一種偉大的可再生能源。

據美國《每日科學》和CleanTechnica網站日前報導，東京理工大學和Sanoh Industrial的科學家們開發了一種非常穩定的電池，可以直接將熱量轉化為電能，從而提供了一種可持續利用地熱能的方法。

有關該項研究的論文近日已發表在了《材料化學A》期刊上。

地熱，是來自地球內部核裂變產生的一種能量資源。地球內部溫度高達7000℃，在80至100公英裡的深度處，溫度會降至650-1200℃。透過地下水和熔巖，熱力得以轉送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水滲出地表時，便成了地熱資源。

地熱能是一種清潔能源，也是可再生能源，其開發前景十分廣闊。除了溫泉沐浴、地下熱水取暖，地熱能還可用於發電。目前，大多數地熱發電系統，主要利用地下熱水或蒸汽為動力源。

但這樣的工作系統通常需要超過180℃的高溫才可以運作，難以大規模的應用。

東京理工大學研究小組開發的這款新型敏熱電池（STCs），能夠在低於100℃的溫度下發電，且無需水或水蒸氣這樣的中間載體。如果這項研究未來可進行商業化生產應用，人們將可利用地熱能大範圍地提供電力。

圖片來源：《材料化學A》期刊（Journal of Materials Chemistry A）該研究小組研發的STC電池，由三層材料構成，包含了電子傳輸層（ETM）、半導體鍺層以及傳輸銅離子的固體電解質層。

將這種特殊設計的電池埋入熱地環境後，熱量可激發半導體層中的電子從低能態轉變為高能態，使之自然地轉移到ETM層，然後通過電極外部電路的傳遞，電子最終經由另一電極進入電解質層。

在電解質的兩個界面上，銅離子發生氧化還原反應，能將低能電子帶回半導體層，從而使該過程重新開始循環。

最初，研究小組並不能確定STC電池可將這種循環維持多久，也不確定電流是否會在某一刻停止。

測試後，研究小組最終找到了答案。當電解質層的氧化還原反應發生後，該循環會由於不同類型的銅離子的重新定位而停止。但研究小組同時驚奇地發現，只要打開外部電路一段時間，電池在有熱量的情況下即可自行恢復該循環。

這意味著，當STC電池中的電流停止後，只需將其埋在熱源中即可進行充電。

STC電池應用場景概念圖， 圖片來源：Tokyo Tech，via New Atlas「（這種電力獲取）不用擔心輻射，不必耗費昂貴的石油，也無需依賴不穩定的太陽能或風能。」該研究小組的首席研究員松下幸子（sachiko matsushita）表示。研究小組的未來目標是對該電池進行下一步的改進，希望有一天能在不損害地球的情況下解決人類的能源需求。

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