用熱電池直接擷取地底熱能,開發地熱更簡單與親民

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 23 日 18:30 | 分類 能源科技 , 電池 follow us in feedly


相較於太陽能與離岸風電,地熱是較為冷門的再生能源系統,這可能是因為開發難度跟成本較高的原因,而現在日本科學家讓地熱更加親民了,他們研發出「地熱電池」,可直接將熱能轉換成電力,不再需要經過蒸氣來發電。

地熱發電跟蒸汽發電原理類似,首先透過鑽井技術將地下高溫泉水及高壓蒸汽取至地表,推動渦輪機發電後,泉水再回灌地下重新加熱,終而復始,雖然說地熱穩定,可以當作基載電力,也不需要燃料與鍋爐,運轉成本較低,但是前期的探勘、鑽井成本非常昂貴,也需要超過 180°C 的工作環境,開發難度高。

不過未來開發地熱有另一種選擇了,日本東京工業大學與三櫻工業攜手合作,帶來更直接、快速的方法,他們設計出能夠在 100°C 以下發電的敏化熱電池(sensitized thermal cells,STC),而且是直接轉換成電力,不需要透過熱水、高壓水蒸氣等中間載體。

其中 STC 是由陰陽兩極、電子傳輸層、鍺半導體與負責傳遞銅離子的固態電解質組成的多層電池,只要將電池埋入地底,受熱後就能將鍺半導體中的電子激發至激發態,然後再轉移到電子傳輸層。之後會電子再經由電極與外部電路轉移至相對電極,並在電解質產生氧化還原反應發電,最後將低能電子(low-energy electrons)帶回鍺半導體中後,就能開啟下一回合。

(Source:東京工業大學

不過既然是電池,是不是就需要充電,無法像傳統的地熱發電一樣能當作基載電力?對此,團隊認為不需擔心,他們在實驗中確實有觀測到電池「沒有電」的情形,而這是因為不同類型的銅離子遷移,導致電解質層的氧化還原反應中止,只要打開外部電路加熱電池,就能讓電池自動恢復。

這項技術還是可以長久地供電,團隊甚至認為可以達到「半永久性」。東京工業大學材料與化學科技助理教授松下洋子(Matsushita Sachiko)表示,藉由新型熱電池,或許能讓地熱改頭換面,讓人們不用擔心輻射與昂貴的石油,也不需依賴間歇性的太陽能與風力發電。

未來團隊則會再加以改善設計,希望能盡快將技術推向市場。目前研究已經發表在《Journal of Materials Chemistry A》。

(首圖來源:Flickr/ThinkGeoEnergy CC BY 2.0)

延伸閱讀:

關鍵字: ,