Учёные улучшили солнечные батареи без Солнца

Образцы микрореакторов. Пояснения в тексте (фото Justin Knight).

Миниатюрные фотоэлектрические генераторы, не нуждающиеся в солнечном свете, испытали новаторы из Массачусетского технологического института. Опытные образцы демонстрируют любопытный способ выработки тока практически от любого источника тепла.

Новая работа является развитием опытов по термофотогенераторам (thermophotovoltaic), начатых в институте несколько лет назад. Напомним вкратце принцип действия таких установок: сгорающее топливо нагревает излучатель до солидной температуры, излучатель выдаёт свет, который тут же преобразуется в электричество при помощи небольшой солнечной батарейки.

Такие системы известны давно, но сложно добиться от них удовлетворительной эффективности. Слишком много энергии уходит без толку в виде теплового излучения. Способ решения проблемы тоже в общих чертах был ясен давно: излучатель нужно модифицировать так, чтобы он выдавал большую часть энергии на узких частотах, наиболее подходящих для фотоэлектрической ячейки.

Авторы термофотоэлектрических реакторов (слева направо): Иван Селанович (Ivan Celanovic), И Сян Ен (Yi Xiang Yeng), Уокер Чан (Walker Chan) и Марин Солячич (Marin Soljačić) (фото Justin Knight).

Разумеется, простое нагретое тело с его широким спектром излучения тут не годится, какое бы вещество мы ни выбрали. Потому физики обратили внимание на фотонные кристаллы. По информации института, в новых опытах исследователи взяли за основу вольфрам и кремний.

Учёные создали на поверхности этих пластин миллиарды углублений нанометровых размеров. Так получились резонаторы, позволяющие пластине при нагреве выдавать пик излучения на одних частотах, но подавлять волны других частот.

Из таких материалов экспериментаторы построили крошечные реакторы (на снимке под заголовком), снабжённые трубочками для подвода топлива (пропан или бутан) и воздуха. Снаружи этих «фляжек» авторы опыта размещали фотодиоды, причём с минимальным зазором. При подаче горючего реакторы нагревались и начинали выдавать фотоны, как раз наиболее эффективно воспринимаемые небольшими солнечными батареями.

По словам авторов технологии, заправленные микрореакторы способны выдавать ток втрое дольше литиевых батарей равного веса. А в дальнейшем учёные намерены ещё утроить плотность упаковки энергии в таких приборах. Как полагают разработчики, микроскопические топливные генераторы без движущихся частей пригодятся для питания удалённых датчиков, или помогут многократно увеличить время работы карманной электроники, а ещё они могли бы питать рации солдат на поле боя.

(Отчёт о результатах нынешнего эксперимента должен появиться в Physical Review A.)



Физики построили пространственно-временной плащ-невидимку

19 июля 2011

Графен повысил живучесть ультраёмких батарей

14 июля 2011

Компания «РОСНАНО» рассказала о стартах новых производств

1 июля 2011

Открыт невиданный метод обращения тепла прямо в электроток

29 июня 2011

Камера светового поля меняет кадр после съёмки

24 июня 2011
  • Ольга Добрая  1 августа, 13:06
    не понимаю, почему бы не создать совокупность батарей. Одни бы вырабатывали энергию от солнца, другие от тепла, третьи от холода. В нужный момент друг друга компенсировали бы. Даже в бизнесе так делают, чтобы не обанкротиться. Открывают сразу несколько направлений, но в целом — это единая система.
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  1 августа, 13:09
    Ну дык создайте, ктож вам мешает. Особенно от холода.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  1 августа, 13:12
    денег дайте — сделаем :-)
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  1 августа, 13:23
    вот вы как! только и слышно кругом «дай денег, дай!», а чтоб без денег — слабо. Не многие способны начать с нуля и закончить дело до конца.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  1 августа, 13:29
    ой хотела ответить. :-)
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Уппе  1 августа, 14:30
    Александр, тут получается замкнутый круг. Хороший изобретатель — голодный изобретатель )).
    У человека должен быть хороший стимул, чтобы разродится чем нибудь. Отсутствие денег наилучший стимул, в противоположность этому, если Вы успешны, хорошо зарабатываете, зачем тратить время на разработки, когда можно жить в своё удовольствие. Людей с деньгами и с желанием тратить время на что-либо связанное с наукой единицы, если вообще есть такие.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  1 августа, 13:29
    я ж работаю не ученым — инженером, а всего лишь программистом. Была бы первым — тогда может быть, как фанатик, ради воплощения идеи экономила б на себе: не мылась, не ела, не пила, не спала, воровала бы деньги у людей, чтоб на них покупать микроэлементы. А так — могу только морально поддержать и написать программку, если нужно.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  1 августа, 14:39
    -- интересная идея , только то что пишут, немного не согласуется . Чтож не получать так эл.ток.. В общем так, в конце-концов получают фотон из реакции сгорания скажем водорода,более сложные соединения — это большие потери — окисление на поверхности специально изготовленного катализатора — может сопровождаться достаточно узким спектром, но при повышении интенсивности частота поплывёт и то, прилично да и фотоэл. начнёт нагреваться и характеристики начнут падать.. Требования к чистоте топлива будут высокие, а эффективность ниже чем в водородных аккумуляторах (топливных элементах)..
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  1 августа, 21:57
    зато не надо заморачиваться с хранением водорода и его дешевым получением.
    ОтветитьНравится
  • Александр Шаиров  2 августа, 09:47
    «окисление на поверхности специально изготовленного катализатора» — на сколько я понял сгорание происходит внутри блестящего параллелепипеда, для этого и топливная трубка имеется, а излучают они наружной стороной. да гарь будет оседать на внутренней стороне элемента, видимо по прошествии некоторого времени их достаточно легко утилизировать — переплавив в новую топливную ячейку
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  2 августа, 11:18
    Мне сдается, что статья не про горелки и не про фотоэлементы. Таким образом идея «драпируется» под модную тематику — солнечные элементы и нетрадиционные источники энергии.
    Главное в ней: изобретен излучатель на основе специальных кластеров (колбочек) на металлических поверхностях с идентичными размерами для резонансного подавления, в основном, низкочастотного ИК излучения.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  7 декабря, 01:27
    Мне кажется что излучатель – фотоэлемент лишние в для целей прибора. Ведь вместо них можно использовать один термоэлемент. А вот сам излучатель интересная вещь, например в осветительных приборах (пусть и специализированных).
    ОтветитьНравится