一点都不放过!家电废热可以回收再发电!?

手机在充电时,不论手机电池还是变压器都会变得十分烫手;冰箱和电灯这类家电在运作时,也会不断地将热能逸散到环境中;尽管占比可能不高,但这些毫无用处的热气全都是用你的电费换来的。

图片当事人肯定是练过铁砂掌(误)。图/pixabay

说到这里不免有些心痛。那有没有什么方法可以回收这些废热,重新转换成电力呢?

既有热电材料昂贵又需要几百度温差,不易应用

其实早在200 多年前,科学家就发现有些特别的材料,能够将热能与电能互相转换,也就是所谓的热电材料。当一块热电材料的两边存在温度差,便会让电子从高温流向低温处。

在实务上,如果希望这种转换够有效率,那么热电材料就必须要善于导电;同时呢,它又要不易导热,如此才能维持两边的温度差。现有材料能满足这些条件的,不只价格高昂,还需要数百度的温差才能达到最佳工作效率。

在发电厂或是汽车引擎等地方,已经可以看到类似的能源回收技术,不过想把这种材料放在豆腐头上来发电,只能说是异想天开。

使用热电材料的能源回收技术,目前仅能在发电厂等少数地方见到。图/pixabay

温差电池由液态电解质组成,温差不用很大就能运作

但其实除了一般固态金属的热电材料,还有另一个选项能回收废热换成电力,就是「温差电池」(thermocell)。它是用液态电解质组成,利用离子的流动来运送电荷往返冷热两端,温差电池的好处是所需温差较小,不过相对的,产生的电流也比金属热电材料小很多。这是因为比起金属中的电子,电池中流动的离子不只搭载着电荷,还顺道带了许多热能,离子导热的效应造成冷热端的温差变小,拖累了发电效率。

为了解决这个困难,华中科技大学的研究团队着手研发新的温差电池。他们在骨牌大小的电池中装满铁氰酸离子与亚铁氰酸离子(Fe(CN)6-3 / Fe(CN)6-4),并让电池的两个电极维持稳定的50 度温差。下图上方的是冷电极,下方是热电极。

图/Science

从过去的实验结果我们知道,靠近热电极的Fe(CN)6-4(黄色)会丢一个电子给电极,变成Fe(CN)6-3(紫色)。这颗电子透过左边的外部电路流向冷电极,在那里和Fe(CN)6-3 结合,恢复成Fe(CN)6-4,如此周而复始,形成一颗可以运作的电池。

不过,在热电极附近持续生成的Fe(CN)6-3 需要往冷电极扩散(反之亦然),才能让这个循环进行,过程中便带上了许多热量,也就是上面提到的关键:离子导热问题。

加入秘密配方:盐酸胍,电池功率顶瓜瓜

因此,实验团队加入了独门配方:盐酸胍(HNC(NH2)2),胍音同瓜。在温度较低的冷电极,盐酸胍能让新生成的Fe(CN)6-4 结晶成小小的固体颗粒(六角形)。由于固体颗粒的导热效果比液体差,因此能减缓冷热电极的热交换。这些小颗粒向下沉到热电极之后,又再度恢复成液体型态,进行下一轮反应。

图/Science

利用结晶颗粒来维持温差的方法成功奏效。在同样的电极面积之下,他们的电池功率是先前版本的5 倍,只要用一本漫画书大小的电极,产生的电流就足以点亮LED,或是拿来充手机。这份研究被发表在《科学》(Science)期刊,可说是日常废热发电技术的一大进展。

下一步,就是发展能够有效搜集废热并隔绝环境的设计。两者结合在一起,或将成为究极节俭的能源回收利器。

Next Post

丙肝病毒在哪里?绝对难不倒你!──2020 诺贝尔生医奖

周五 10月 9 , 2020
2020 年的诺贝尔生医奖颁给了Harvey J. Alter,Michael Houghton 和 […]
2020诺贝尔医学奖
登录 注册

热门文章