22:38 2021年11月27日
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俄罗斯圣彼得堡彼得大帝理工大学专家受合作商委托正在研发新一代热电发电机,其效率是市场现有同类产品的数十倍。成品将于2021年底之前开始生产。该项目是在圣彼得堡理工大学世界级科研中心“先进数字技术”的相关计划框架下开展。

热电发电机是一种将热能转化成电能的设备,非常具有现实意义,特别是在全球去碳化趋势之下。电子期刊《科学俄罗斯》刊文称,圣彼得堡理工大学专家提出在复杂碳纳米结构基础上制造热电发电机的构想。在碳纳米结构内部,加热时会发生量子电动力学过程,从而触发热力发电。

圣彼得堡理工大学“先进数字技术”世界级科研中心“电子工业材料和技术的神经预测”科技中心主任奥莉加·克瓦申金娜表示:“我们给结构加热,这种结构以一定方式形成,化学计算法非常复杂。在这种结构中,加热会引发电子子系统和结构子系统(晶格)之间的相互作用。我们发明的碳纳米结构就会开始产生电子。这种热影响下的量子物理相互作用的结果是产生电流。”

专家团队完成了有关设备效率的理论研究。他们创建了数字模型,开展了数字试验,大大缩短了技术开发时间。然后,通过原子力显微镜、各类光谱仪以及专门打造的一套研究装置开展实验,对建模结果进行了验证。目前,项目已处于硬件原

300多名中国大学生参加圣彼得堡彼得大帝理工大学夏令营
© 照片 : 圣彼得堡彼得大帝理工学院新闻处
型制造阶段。设备尺寸很小,外壳组装时尺寸为5х2х1毫米。

“使用热电发电机不仅对日常生活非常重要,同样也是工业所需。例如,该设备可以放在涡轮发动机表面,发动机可加热至1500度,这种热能会转化为电能并进给用于监测发动机系统状态的传感器。”克瓦申金娜说,“至于日常使用,目前我们正在开展研究,让设备可以为低能耗器件充电,例如电子手表、电灯、室内绿植浇灌系统等。之后,我们将研究适用于移动手机的便携式热电充电器的规格。”

俄罗斯专家研发的设备的有效系数很高,用中央供暖系统加热便足以产生为家用电器充电所需的电量。根据设想,热电发电机将安装在散热器附近或供热系统中,产生的电能会进入电线,为小器件充电。由于尺寸小,所以方便携带。很重要的一点是,该发电系统不仅对使用者,对所接入的设备本身都是安全的。

目前,系统设计工作已经完成,目标包括可在高温下运行,因为专家发明的碳纳米结构非常耐热。如果是工业使用,这绝对是一大优势。此外,为便于热电发电机的工业使用,专家将采用耐火导体和耐火外壳。至于日常使用,依靠室内散热器的温度就足够发电。也就是说,在这种情况下,对外壳材料不会有特殊要求,因此,热电发电机价格对普通消费者来说也能够负担。

目前,专家准备申请两项发明专利。

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