Kinesiska forskare har föreslagit en mycket pålitlig termisk kraftgenerator genom att kombinera termoakustisk effekt och triboelektrisk effekt.

Den senaste forskningen, publiceras online i Bokstäver i tillämpad fysik och valt som en utvald artikel, regisserades av Prof. Luo Ercang och Prof. Yu Guoyao från Technical Institute of Physics and Chemistry (TIPC) vid den kinesiska vetenskapsakademin.

Miljö- och energikriserna har ökat sedan de senaste decennierna. Utveckling av värmeenergisamlare för att ta bort rikligt med lågkvalitativ värmeenergi (som spillvärme, geotermisk värme och förbränning av biomassa) och omvandla den till mekanisk eller elektrisk energi är en lovande energistrategi för att minska kriser.

Dock, för närvarande, majoriteten av termisk kraftgenereringsteknik (som Rankine cycle, förbränningsmotor, och Stirlingmotor) involverar solida rörliga delar, som undergräver tillförlitligheten hos dessa tekniker och gör frekvent underhåll mycket krävande.

I det här arbetet, forskare investerade en ny termisk kraftgenerator som kunde omvandla termisk energi till elektrisk energi. Ingen fast rörlig del består är en av de attraktiva egenskaperna hos denna nya generator. Generatorn kan vara mycket pålitlig och lätt att uppnå en lång livslängd. Förutom, denna generator lovar en teoretiskt hög värme-till-elektrisk omvandlingseffektivitet.

Denna nya termiska kraftgenerator kallad termo-akustiskt driven flytande metallbaserad triboelektrisk nanogenerator (TA-LM-TENG), som innehåller två delar:termoakustisk motor (TAHE) och flytande metallbaserad triboelektrisk nanogenerator (LM-TENG).

TAHE omvandlar först termisk energi till akustisk energi via oscillerande termisk expansion och sammandragning av arbetsgasen. LM-TENG omvandlar sedan den akustiska energin till elektrisk energi via kopplingseffekten av kontaktelektrifiering och elektrostatisk induktion.

Som visas i schemat, vid uppvärmning av den varma värmeväxlaren på TAHE, arbetsgasen i motorn kommer att starta spontan svängning. Den oscillerande rörelsen av arbetsgas driver den flytande metallpelaren som resonant flödar uppåt och nedåt i det U-formade röret. Flytande metall nedsänkt och separerad med Kapton-materialet med jämna mellanrum. Generatorn genererar därför en alternativ elektrisk potentialskillnad vid elektroderna. Elektrisk ström utvinns från TA-LM-TENG.

I de preliminära experimenten, forskarna fick en högsta öppen kretsspänningsamplitud på 15V på en konceptuell prototyp.