新材料热电转化效率翻倍！地热发电或迎新发展

众所周知，热电材料可以将热量转化为电能，由所谓的塞贝克效应造成，因两端温差会产生电压。然而热能在转化为电能过程中会损耗大量能量。

在塞贝克效应中，衡量热电转化效率的数值被称为ZT值，热电材料的ZT值越高，其热电性能就越好。在过去，科学家们研发出最好的热电材料ZT值最高只有2.8。而今天来自奥地利维也纳大学的科学家已经成功地开发出ZT值为6的热电新材料，让热电转化率得到重大突破。该新型材料是由硅，铁，钒，钨和铝薄层构成。

维也纳大学研究所的恩斯特·鲍尔教授表示，一种好热电材料必须满足两种难以取舍的要求，一方面要尽可能地导电，而另外一方面要尽可能少传热量。这款新型材料不但可以应用在热电转化领域，还可以用来为传感器甚至是小型计算机处理器提供能量，未来应用会很广泛。

在物理学中，电导率一般和导热率相辅相成，电导率高的材料自然会导热率高。而恩斯特·鲍尔却相信肯定会有更好的热电材料，只不过我们还没有发现，为了寻找新一代热电材料，恩斯特·鲍尔从6年前的2013年就开始研究起各种各样不同的热电材料，再经过数千次试验后，发现按一定比例的硅，铁，钒，钨和铝组合是最佳的热电材料。

据悉，新研究已发表在《自然》杂志上。新型热电材料中的铁原子以严格规则方式排列在所谓的面心立方晶格中，两个铁原子之间距离是相同的，不过当它们被涂到硅上时，立刻会发生一些令人惊讶的变化，两个铁原子可能彼此相邻，这改变了电子结构，意味着电子能在材料中自由移动，获得非常低的电阻，然后导热率却不变。

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快能帮APP讯：100%的能源目标和任务正在以令人眼花缭乱的速度在全美推广，但在纽约州州长安德鲁·科莫的领导下，纽约已成为东海岸的领头羊。多年来，在纽约改革能源愿景计划下，该州一直在积极推动能源从化石燃料向可再生能源未来的转型。现在，随着气候领导和社区保护法的通过和签署，该州将在2050年前消除温室气体净排放。这一愿景远远超出了备受关注的雄心勃勃的太阳能和风能政策，愿景同时还考虑了清洁的地热能。

地热-太阳能联合发电示意图(郑克棪教授供图)

净零的意义不仅仅是将基于碳的电力转移，它也意味着远离碳基的供暖和制冷。纽约四分之一的排放物来自住宅和商业建筑，它们燃烧天然气或燃油取暖。这些系统需要进行改造，以使用零碳电力或可再生能源地热能。

为此，该州采取了全美最激进的地热奖励措施。地源热泵(或地热)系统在地层与建筑物之间传递热能，用以供暖和制冷，而不产生任何有害的排放或额外的燃料。通过地源热泵补贴计划，纽约州能源研究和发展局提供了2650万美元用于安装这种领先的可再生能源技术。

同时，房主可以获得30%的联邦税收抵免，由此可以看出为什么地热是该州增长最快的可再生能源。另外，公用事业公司也在支持地源热泵安装，ConEd向韦斯切斯特县的业主提供高达5000美元的资金，用于购买清洁的地热系统。

这些激励措施使地热价格比以往任何时候都更可负担，但这并不是最终结果。太阳能是地热的完美补充，由于对太阳能同样慷慨的激励，房主也可以同时使用太阳能以节省大量资金。

当同时安装时，地源热泵与太阳能电池板能很好地配合工作。地源热泵利用太阳能电池板生产的电能调节家庭的温度。这是一个完全绿色的系统，在不排放任何危险的温室气体的情况下，照顾家庭的大部分能源使用。地热能与太阳能不是竞争的关系，而是相辅相成，减少家庭的碳排放。

将太阳能和地热结合在一起，使房主能够最大限度地利用这两种技术的好处，同时也为他们提供了增强能源独立性的额外好处，此外，还能帮助家庭摆脱不断上涨的公用事业费用。当居民找到一家有能力为这些内部装修提供资金的公司时，他们有能力分期偿还投资，并且从第一天就看到节省的效果。

人们对纽约在地热市场上为其提供的机会感到兴奋。当把地热能和太阳能机会结合起来，绿色家庭将使纽约的天空格外亮丽。

(编译/中国地源热泵产业联盟郑帆)