211service.com
Ett alternativ till din Alternator
Forskare vid MIT utvecklar ny teknik för att omvandla värme till ljus och sedan till elektricitet som så småningom kan spara bränsle i fordon genom att byta ut mindre effektiva generatorer och låta elektriska system köras utan att motorn går på tomgång.
En termofotovoltaisk (TPV) generator förbränner bränsle för att värma ett material som avger ljus (märkt radiator). Ljuset filtreras sedan och omvandlas till elektricitet i fotovoltaiska (PV) celler. (Bild med tillstånd av John Kassakian, MIT.)
Tekniken, som kallas termofotovoltaik, använder bensin för att värma ett ljusavgivande material, i det här fallet volfram. En solcellscell omvandlar sedan ljuset till elektricitet. Idén har funnits sedan 1960-talet, säger John Kassakian, MIT elektroteknik och datavetenskap professor. Men fram till nu har ljussändare för solcellerna producerat ineffektiva och mycket kostsamma system. Förbättringar av materialen som används i dessa senaste enheter – möjliga delvis eftersom forskare kan modifiera materialstrukturen i nanoskala – gör nu mycket effektivare system, säger Kassakian.
Enligt Kassakian kan systemet potentiellt vara ett effektivare sätt att driva elsystem i ett fordon än det nuvarande generatorbaserade, som slösar energi i två steg: förbränningsmotorn omvandlar endast cirka 30 procent av energin i bränsle till rörelse, och då är generatorn bara 50 procent effektiv när det gäller att omvandla den mekaniska energin till elektricitet. Han säger att en liten prototyp av termofotovoltaikenhet som kan bekräfta att systemets förbättrade effektivitet kan vara klar om ett år.
Forskarna modifierade ljussändarens ytstruktur och etsade in gropar i nanostorlek för att justera våglängderna av ljus som emitteras till exakt de som en solcellscell kan omvandla mest effektivt till elektricitet. De förfinade enheten ytterligare med hjälp av filter som tillåter de önskade våglängderna av ljus att passera igenom till solcellerna, men reflekterar andra våglängder tillbaka till ljussändaren. Det reflekterade ljuset bär energi som hjälper till att hålla sändaren varm, vilket minskar mängden bränsle som behövs.
Förutom att ersätta generatorn med en termofotovoltaisk modul, säger Kassakian, kan tekniken vara en del av ett luftkonditioneringssystem för fordon som inte kräver en kompressor. Eftersom detta skulle minska belastningen på en motor avsevärt, skulle det kunna göra det möjligt att stänga av motorn när fordonet stannar i trafiken och enkelt starta om den. Dagens hybrider använder denna teknik för att spara gas, men kräver stora batterier för att ge elektricitet till radion och lamporna, och för att starta om motorn, och de måste slå på motorn igen när batteriladdningen tar slut. I det nya MIT-systemet skulle dessa batterier inte vara nödvändiga.
Faktum är att om de nya materialen gör effektivare termofotovoltaik kommer det inte att finnas någon brist på potentiella användningsområden. Kassakian säger att en särskilt bra applikation, i kombination med ett nytt luftkonditioneringssystem, skulle kunna användas i lastbilar med sovhytter för att kyla hytterna och tillhandahålla elektricitet till tv-apparater och annan utrustning. Och, säger Donald Chubb, en forskare vid NASA Glenn Research Center, militären har haft ett stort intresse för det för bärbara strömförsörjning i fält. Eftersom det inte finns några rörliga delar skulle det inte finnas något brus, så du kunde inte upptäcka det.
Det kommer dock att dröja flera år innan tekniken kan användas i fordon. Utmaningar inkluderar att skala upp tillverkningsprocessen, utveckla effektiva isolerings- och kylsystem för att hantera den värme som genereras och att säkerställa att systemet förblir effektivt i en större skala. MIT-forskningen finansieras delvis av Toyota, men biltillverkaren har inte åtagit sig att implementera tekniken.