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即使在很小的温差下热磁发生器也将废热转化为电能

人工智能 2021-02-04 10:55:33

废热的使用在很大程度上有助于可持续的能源供应。日本卡尔斯鲁厄技术学院(KIT)和日本东北大学的科学家们现在已经更加接近于在较小的温差下将废热转化为电能的目标。如Joule报道的那样,基于Heusler合金膜的热磁发生器的每足迹电功率增加了3.4倍。

许多技术过程仅消耗一部分能量。其余部分以废热的形式离开系统。通常,这些热量被释放到未使用的环境中。但是,它也可以用于供热或发电。废热的温度越高,其再利用就越容易且便宜。热电发电机可以利用低温废热直接转化为电能。然而,迄今为止使用的热电材料昂贵,有时甚至有毒。此外,热电发电机需要很大的温差才能达到仅几%的效率。

热磁发电机是一个有前途的替代方案。它们基于合金,其磁性能高度依赖于温度。交变磁化在施加的线圈中感应出电压。研究人员已经提出了19世纪热磁发电机的第一个概念。从那时起,研究涵盖了多种材料。但是,电功率还有许多不足之处。

日本KIT的微结构技术研究所(IMT)和日本东北大学的科学家现已成功地大大提高了热磁发电机每单位占地面积的电功率。教授说:“基于我们的工作结果,现在热磁发电机首次与既有的热电发电机竞争。由此,我们已经更加接近在较小温差下将废热转化为电能的目标。” IMT智能材料和设备部门主管Manfred Kohl。最新一期的《焦耳》的封面故事报道了该团队的工作。

愿景:回收接近室温的废热

所谓的Heusler合金(磁性金属间化合物)以薄膜形式应用在热磁发生器中,并提供了随温度变化较大的磁化强度和快速传热功能。这是共振自驱动新概念的基础。即使在很小的温差下,设备中也会产生共振振动,并且可以有效地将其转换为电能。尽管如此,单个设备的电功率仍然很低,并且升级将取决于材料开发和工程。日本工业技术大学和东北大学的研究人员使用镍锰镓合金,发现合金膜的厚度和器件的覆盖面会沿相反的方向影响电能。基于这一发现,他们成功地将单位面积的电功率提高了3倍。如图4所示,通过将合金膜的厚度从5微米增加到40微米。在仅三摄氏度的温度变化下,热磁发生器的最大电能达到每平方厘米50微瓦。Kohl解释说:“这些结果为开发并联的定制热磁发电机铺平了道路,以潜在地利用接近室温的废热。”

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