Vedci vytvorili jedinečný tepelný motor, známy ako termofotovoltaický (TPV) článok, ktorý dosahuje rekordnú efektivitu a dokázal prekonať aj efektivitu parných turbín, ktoré zvyčajne premieňajú teplo na elektrickú energiu, informuje Sciencealert. Môžu zohrať kľúčovú rolu v prechode na obnoviteľné zdroje a pomôcť ukladať energiu v elektrickej sieti.

Vysoká teplota, nízka údržba

TPV články premieňajú vysoko energické fotóny na elektrickú energiu, pričom ich výhodou je schopnosť prevádzky pri vysokých teplotách a veľmi nízka potreba údržby, keďže na rozdiel od parných turbín a iných zariadení nemajú žiadne pohyblivé časti, teda sa nedokážu mechanicky opotrebovať.

Kým doterajší rekord efektivity pre TPV články stál na úrovni 32 % a väčšina sériovo vyrábaných TPV článkov dosahovala len 20 %, nový rekord dosiahol efektivitu pri teplote v rozmedzí od 1 900 do 2 400 °C až 40 %. Väčšina parných turbín pritom dosahuje svoje maximum už pri 35 %, píše InterestingEngineering.

„Termofotovoltaické články sú posledným kľúčovým krokom k dokázaniu, že sú termálne batérie rentabilným konceptom. Toto je absolútne kritický krok na ceste k rozširovaniu obnoviteľnej energie a úplne dekarbonizovanej sieti,“ vysvetľuje mechanický inžinier Asegun Henry z Massachusettského technologického inštitútu (MIT).

Vhodné pre väčšie systémy

Ako ďalej vysvetľuje MIT, efektivitu nového TPV článku tím inžinierov meral pomocou senzoru tepelného toku. Článok vystavili špeciálnej lampe s vysokou teplotou, pričom jej intenzitu priebežne menili a sledovali pomer vyprodukovaného a absorbovaného tepla, vysvetľuje tím v štúdii zverejnenej v Nature.

Najvyššiu efektivitu nový článok dosiahol v už spomínanom rozmedzí 1 900 – 2 400 °C a tím očakáva, že pre veľkú termálnu batériu v elektrickej sieti bude potrebné vytvoriť plochu článkov takmer 1 000 m². Testovaný článok pritom dosahoval veľkosť len jedného štvorcového centimetra.

„Technológia je bezpečná, svojim životným cyklom environmentálne prívetivá a môže mať obrovský vplyv na znižovanie množstva emisií oxidu uhličitého z produkcie elektrickej energie,“ dodáva Henry a tvrdí, že infraštruktúra pre výrobu väčších systémov z TPV článkov už existuje.

Nový materiál

Kľúčovým rozdielom v porovnaní so staršími TPV článkami je implementácia nových materiálov a špeciálnej štruktúry, ktorá je známa ako „bandgap“. Jedná sa o medzeru medzi vrstvami, ktorú musia elektróny prekonať pre vytvorenie elektrickej energie.

V nových článkoch sa nachádzajú tri druhy bandgap vrstiev, pričom prvé dve sú zodpovedné za zachytávania energických fotónov a nízko energických fotónov, ktoré sa dostanú cez prvú vrstvu. Tretiu vrstvu tvorí zlaté zrkadlo, ktoré odráža zvyšné fotóny naspäť a minimalizuje tak nevyužité teplo.