突破熱能極限！科學家成功將廢熱轉化為雙倍電力

科學家們最近找到了一種更有效率的方式，將廢棄的熱能轉化為清潔電力。這項突破性的技術來自科羅拉多大學波德分校的機械工程系，由助理教授崔龍吉（Longji Cui）領導的研究團隊，與美國國家可再生能源實驗室（NREL）及威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員合作開發。他們的研究成果已發表在《能源與環境科學》期刊上。

這項創新的技術名為「熱光伏效應」（Thermophotovoltaics, TPV），它打破了傳統能源轉換的限制。研究團隊設計了一種獨特的TPV裝置，使用廉價的玻璃間隔層取代傳統的真空設計，不僅大幅提升了功率密度，還能在不需要極高溫度的情況下運作。這使得該技術在製造業和可再生能源儲存領域具有廣泛的應用潛力。

崔教授解釋道：「熱能是一種常被忽略的可再生能源。我們使用的能源中有三分之二最終轉化為熱能。如果能將這些廢熱回收並轉化為電力，將能大幅減少對化石燃料的依賴。」現有的TPV裝置受到普朗克熱輻射定律的限制，這條熱物理學的基本定律限制了從高溫熱源中可獲取的熱能量。過去的研究試圖突破這一限制，但方法往往過於複雜且成本高昂。

崔教授的團隊採用了不同的策略，設計出一種小巧的TPV裝置，能夠突破普朗克定律的真空限制，並將功率密度提升至傳統設計的兩倍。研究團隊成員、博士生穆罕默德·哈比比（Mohammad Habibi）表示：「我們在實驗中觀察到這種提升，並意識到這是一項重大突破。」

這項技術的核心在於「零真空間隙」設計。與其他TPV模型不同，崔教授的團隊在熱源和太陽能電池之間使用了絕緣且紅外線透明的玻璃間隔層。這種設計不僅降低了成本，還創造了一個高功率密度的通道，使熱波能夠在裝置中高效傳遞，從而大幅提升發電效率。

崔教授進一步解釋：「過去，若要提升功率密度，必須提高溫度，例如從攝氏1,500度提升至2,000度，甚至更高。這不僅難以實現，還可能對整個能源系統造成安全隱患。現在，我們的裝置能在攝氏1,000度的低溫下運作，卻能產生相當於傳統裝置在攝氏1,400度下的電力。」

研究團隊表示，這項技術的潛力遠不止於此。若使用其他材料，如非晶矽，功率密度甚至可能提升至現有設計的20倍。崔教授認為，這項技術將對行動式發電機和重工業的脫碳化產生重大影響。一旦最佳化，它將能為玻璃、鋼鐵和水泥等高溫工業提供更便宜且更清潔的電力。

「我們的裝置使用的是現有的商業技術，因此能夠自然地擴充套件並應用於這些產業，」崔教授說道。「我們可以回收廢熱，並在低溫下提供所需的能源儲存。」目前，研究團隊已為這項技術申請專利，並期待在發電和熱能回收領域推動更多創新。