重大突破！科学家开发出新型热机，未来或将实现全脱碳电网

数据显示，全球90%以上的电力来自煤炭、天然气、核能和集中太阳能等热源。长达一个世纪以来，蒸汽轮机一直是将此类热源转化为电能的标准工具。

近日，麻省理工学院和美国国家可再生能源实验室的工程师开发了一种热机，可将热能转化为电能。测试结果表明，转化效率超过40%，性能优于传统蒸汽轮机。

热机是一种热光伏（TPV）电池，类似于太阳能电池板的光伏电池。研究人员计划将TPV电池整合到电网规模的热电池中，该系统可从太阳能等可再生能源中吸收多余的能量，并将这些能量储存在高度绝缘的热石墨库中。当需要能量时，例如在阴天，TPV电池会将热量转化为电能，并将能量分配给电网。

麻省理工学院机械工程系教授Asegun Henry说：“TPV电池是证明热电池成为可行概念的最后一个关键步骤，也是在推广可再生能源和实现完全脱碳电网的道路上至关重要的一步。”

此前，大多数TPV电池的效率仅达到20%左右，最高的也仅为32%。这主要是因为它们被设计为在较低温度下运行，从而影响了效率。在新TPV的设计中，研究人员希望从更高温度的热源中捕获高能光子以提高效率。

该电池由三个主要区域制成：高带隙合金位于带隙稍低的合金之上，其下方是镜面状的金层。第一层捕获热源的最高能量光子并将它们转换为电能，而穿过第一层的低能量光子被第二层捕获并转换以增加产生的电压。任何穿过第二层的光子都会被镜子反射，回到热源，而不是作为废热被吸收。

目前，研究人员已经在小规模实验中成功地展示了该系统的主要部分，并正在努力整合这些部分以创建一个完全可操作的系统。他们希望扩大系统规模以取代火力发电厂，并实现完全由可再生能源供电的脱碳电网。

该研究论文题为“Thermophotovoltaic efficiency of 40%”，已发表在《自然》期刊上。

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