至少有三分之二的能量,在汽油用于轿车和卡车时被浪费,变为热量。热电、半导体材料可以把热能转化为电能,就可以捕获这种余热,减少汽车的燃料需要,提高燃油经济性至少5%。但是,因为低效率和费用昂贵,现有热电材料一直使此类设备不能实际用于车辆。
现在,研究人员正在组装第一部原型热电发电机(thermoelectric generators),测试用于商用车和越野车(SUV)。这一设备是几项进展的成果,这些进展都是独立做出的,开发者有热电设备制造商、加利福尼亚艾维戴尔(Irwindale)的BSST公司,通用汽车(GM)全球研发公司,这家公司在密歇根州(Michigan)的沃伦(Warren)。两家公司都计划安装和测试他们的原型,时间是夏末,BSST公司将采用宝马(BMW)和福特汽车,通用汽车公司采用雪佛兰越野车。
BSST公司采用新材料。碲化铋(Bismuth telluride)是一种普通的热电材料,包含昂贵的碲,运行温度高达250℃,而热电发电机可达到500℃。所以,BSST公司正在使用另一个系列的热电材料,混合铪(hafnium)和锆(zirconium),就可在高温下良好运行,提高发电机效率约40%。
在通用汽车公司,研究人员正在装配最后的样机,采用的是有希望的新型热电材料,叫做方钴矿(skutterudites),这种材料比碲化物(tellurides)便宜,高温下性能更好。这家公司的计算机模型显示,在雪佛兰Suburban测试车上,这一装置可以产生350瓦的电,提高燃油经济性3%。
制备方钴矿这种钴砷化物(cobalt arsenide),需要掺杂稀土元素,比如镱(ytterbium),这是一个耗时、复杂的过程,而且把它们集成到设备中是很困难的,通用汽车公司科学家格雷戈里•迈斯纳(Gregory Meisner)说。关键的挑战是制成良好的电热接触器。有很大的温度梯度(temperature gradient)在这种装置上,使机械应力产生于这种接触式热电接口(contact-thermoelectric interface)。另外,加入不同的材料,就引入电阻,这就会加热接触器,弱化设备。“适当选择材料,就可以影响电阻,”他说。“挑战在于找到正确方法,因为这种材料既是半导体热电材料也是接触器。”
余热发电 驱动汽车
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