追求低成本與高效率,3D 列印熱電設備有望問世

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 19 日 9:00 | 分類 能源科技 follow us in feedly


工廠、重型機械和大型交通工具排出的廢熱,大多最後都會逸散於大氣中,不過以能源角度來說,這可能是一種「浪費」,我們或許可以透過熱電材料,利用溫度差把廢熱轉換成電力,助降低碳排放、能源浪費一臂之力。

秉持這個想法,英國科學家最近研發出可 3D 列印製備的熱電元件,跟過去的列印材料相比,不僅效率因數(efficiency factor)提高 50%,可將 9.5% 熱轉換成電,成本還更加低廉。

在熱電效應概念中,熱電優值(Thermoelectric figure of merit,ZT)愈高,則可推知該材料具有良好的熱量性質,其中在過去的研究中,硒化亞錫(SnSe)被認為是潛力高的熱電材料,能有效地將熱轉換成電力。

只不過該材料尚未大量應用也不是沒有原因,製造所需的能源、成本皆相當可觀,對於工廠來說,並不是一件划算的事情,有鑑於此,英國史雲斯大學(Swansea University)SPECIFIC  研發與知識中心希望能開發出成本低、可快速並大量生產的硒化亞錫熱電發電機。

團隊首先將無機化合物硒化錫(tin selenide)調配成油墨,最後再透過印刷來測試性能,希望最後能打造出專門的 3D 列印技術,直接列印出小型熱電發電機。

根據團隊實際測試,新材料的 ZT 值,最高可達 1.7,可以將 9.5% 熱轉換成電,表現比過去最佳的 8% 還要好,且相較之下,過去的印刷熱電材料 ZT 值只有 1, 只能轉換 4.5% 的熱。

▲ 熱成像圖顯示新型熱電材料的高轉換效率。

而這一進展對需要高溫作業的製造業、工廠尤其有利,就好比煉鋼廠,其過程會產生高熱以及需要龐大的電力,該技術可有效將廢熱再循環,進一步提高能源效率。史雲斯大學 Matt Carnie 博士表示,透過將廢熱轉化為電,能大幅提高工廠的能源效率,對工廠營運方來說,也能降低電費帳單跟減少碳排放。

團隊研究也相當看好 3D 列印硒化錫熱電材料的前景,熱電材料效率不僅創新高,與過去的印刷材料相比,效率因數也提高超過 50%,未來若大規模生產,整體製造成本也較為便宜。目前研究已發表在《Advanced Energy Materials》。

(圖片來源:史雲斯大學