一種新型熱電池設計的功率轉換效率達到了創紀錄的44%。這種熱光伏電池是利用再生能源實現永續電網規模能源儲存的重要一步。

新型熱光電池的小型實驗室測試布倫達-阿赫恩，密西根工程學院

隨著再生能源價格的快速下降，現在的障礙在於它們的間歇性–任何再生能源懷疑論者都會向我們拋出的第一個問題是：”但晚上或沒有風的時候怎麼辦？ “

一個叫做”電池”的東西可以在這方面提供幫助，電網規模的儲能係統並不缺乏，它們可以為雨天（字面意義上的）節約能源。這包括鋰離子電池等經典產品的升級，也包括鐵-空氣、鹽水、液流電池或各種基於重力的系統等更具實驗性的設計。

最有前途的途徑之一是將能量儲存為熱能。介質本身可以很廣泛，如沙子、熔鹽、火山灰、碳塊、粘土磚等，但不幸的是，從熱量中獲取能量並將其轉化為電能可能是最棘手的部分。

這就是新系統的用武之地。該設備由密西根大學的研究人員開發，其工作原理是熱光電效應。它類似於太陽能電池，後者是光生伏打，透過光（光子）產生電（伏特）。熱光電效應顯然會在其中加入熱量（thermo）。實際上，這意味著它們吸收的是光譜中紅外線部分的光子，而不是太陽能電池捕捉的高能量可見光光子。

這種新型熱光電池在測試中使用碳化矽作為蓄熱材料，但也可以換成其他任何有效的材料。碳化矽的周圍有一種由銦、鎵和砷製成的半導體材料，這種材料經過精心設計，可以捕捉到最廣泛的光子，特別是由加熱材料產生的光子。

當研究團隊將這種材料加熱到1435 °C（2615 °F）時，它開始輻射出不同能量水平的熱光子，其中20%到30%的光子能被半導體捕獲。為了利用其中一些能量較高或較低的光子，該電池在半導體之後有一層薄薄的空氣層，然後是金反射層。這樣，有些光子會被彈回半導體，轉換成電能，而有些光子則會被彈回蓄熱材料，使它們有機會作為合適的光子被發射出來。

新型熱光電池的示意圖及其與其他同類產品的性能對比圖Roy-Layinde 等人

這種設計使總功率轉換效率達到44%。這使得它比其他在相同溫度下工作的設計效率要高得多，其他設計的最高效率為37%。其他設計的效率也曾經超過40%，但它們的工作溫度要高得多，在很多情況下都不太可行。

其原理是利用風能或太陽能發電場產生的電能，或直接吸收工業生產過程或太陽能熱能係統產生的多餘熱量來加熱儲存材料。它的效率可能只有鋰離子電池的一半，但它的安全性更高，製造和運行成本更低，這意味著無論如何，扔掉一半的電力仍然是划算的，尤其是電力不再是有限的資源。研究小組表示，這種技術還有一定的發展空間。

這項研究的特約作者史蒂芬-福雷斯特說：”我們還沒有達到這項技術的效率極限。我相信，在不遠的將來，我們的效率將超過44%，並突破50%。”

這項研究發表在《焦耳》雜誌。