Тепловая энергия (солнечный свет, тепло от сжигаемого топлива) может быть преобразована в электрическую с очень высоким КПД при помощи термоэлектронной эмиссии (эффекта Ричардсона) – испускания электронов нагретыми телами. Больше полувека инженеры пытались соорудить работающий термоэлектронный генератор, но безуспешно. Новая конструкция, представленная в журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy, может переломить ситуацию.
Термоэмиссионные генераторы вырабатывают электричество благодаря перепаду температур между горячей и холодной металлической пластинами. “Электроны испаряются, или выталкиваются светом с горячей пластины, направляются к холодной, и там конденсируются”, – рассказывает Йохен Маннхарт (Jochen Mannhart), физик из Института исследований твердого тела им. Макса Планка (Штуттгарт). Так между пластинами возникает разница зарядов, которая создает напряжение и, следовательно, ток – без всякого механического движения деталей.
Прошлые модели термоэлектронных генераторов оказывались неэффективными из-за так называемой “проблемы пространственного заряда” – отрицательный заряд облака “испаряющихся” с горячей пластины электронов не дает другим электронам покинуть ее, и так “убивает” заряд. Маннхарт и его коллеги обошли эту проблему – с помощью электрического поля они “оттащили” облако от горячей пластины, и электроны смогли свободно перемещаться к холодной пластине.
“КПД работающих термоэлектронных генераторов доходит до 10%. Прогноз для наших устройств – около 40%. Но пока только в теории. Надеемся, что фирмы оценят коммерческий потенциал таких генераторов и помогут довести их до уровня промышленного производства”, – замечает Маннхарт.
На фото 1: опытная модель генератора, вид на эмиттер. Фото 2: микрограмма W-решетки, используемой в качестве затвора (диаметр отверстий – примерно 0,6 мм).