Dit diagram illustreert de effecten van het toepassen van een LBSO-thermische emitter op TPV-technologie. In het geval van een typisch zwart lichaam zendt het, wanneer het warmte absorbeert, stralingsenergie uit over een zeer breed golflengtebereik. Dit resulteert echter in de emissie van stralingsenergie op golflengten die niet door TPV-cellen kunnen worden gebruikt, wat leidt tot een verminderde efficiëntie. Door thermische LBSO-stralers toe te passen, kan het selectief warmte uitstralen in het golflengtebereik waar de TPV-cellen de hoogste efficiëntie hebben, waardoor de algehele efficiëntie van de energieopwekking toeneemt. Credit: Geavanceerde wetenschap (2023). DOI: 10.1002/advs.202302410
Thermische straling is elektromagnetische straling die wordt uitgezonden door alle objecten met een temperatuur. Het meest representatief is het zonnestralingsspectrum dat de aarde binnendringt en het broeikaseffect veroorzaakt.
Het beheersen en benutten van de thermische stralingsenergie die wordt uitgestoten door zonne-energie, thermische energieopwekking en restwarmte op industriële locaties kan de kosten van elektriciteitsproductie verlagen. Daarom neemt de belangstelling voor technologie voor het beheersen van het stralingsspectrum toe op gebieden als koeling, warmtedissipatie en energieproductie.
Tot nu toe werd de technologie voor stralingsspectrumcontrole voornamelijk gebruikt in algemene omgevingsomstandigheden, maar de laatste tijd zijn er materialen nodig die bestand zijn tegen extreme omgevingen zoals de ruimtevaart, de luchtvaart en TPV-systemen.
Een team onder leiding van senior onderzoeker Jongbum Kim van het Nanophotonics Research Center heeft een vuurvast materiaal ontwikkeld voor het beheersen van het thermische stralingsspectrum dat de optische eigenschappen behoudt, zelfs bij hoge temperaturen van 1000 ° C in de luchtatmosfeer en bij sterke ultraviolette verlichting. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap.
Het team vervaardigde met lanthaan gedoteerd bariumstannaatoxide (“LBSO”) als een dunne film op nanoschaal zonder roosterspanning door gepulseerde laserafzetting. In tegenstelling tot conventionele vuurvaste geleidende materialen zoals wolfraam, nikkel en titaniumnitride, die gemakkelijk oxideren bij hoge temperaturen, behield het LBSO-materiaal zijn prestaties, zelfs bij blootstelling aan hoge temperaturen van 1.000 ° C en intens ultraviolet licht van 9 MW/cm2.
De onderzoekers vervaardigden vervolgens een thermische emitter op basis van een meerlaagse structuur met hoge spectrale selectiviteit in de infraroodband met behulp van LBSO, en ontdekten dat de meerlaagse structuur stabiel was tegen hitte en licht, net als bij de enkellaagse dunne film, wat de toepasbaarheid ervan op TPV-energieopwekking bevestigde. technologie. Dankzij het LBSO-materiaal kan thermische straling naar de PV-cel worden overgebracht zonder enige aanvullende methode om te voorkomen dat deze in contact met lucht oxideert.
“Als alternatief voor duurzame energie uit zonne- en windenergie, waarvan de elektriciteitsproductie varieert afhankelijk van het weer, krijgt milieuvriendelijke thermo-elektrische energieopwekkingstechnologie die stralingsenergie gebruikt die wordt uitgezonden door de zon en omgevingen met hoge temperaturen om elektriciteit op te wekken, de aandacht”, aldus KIST senior onderzoeker Jongbum Kim. “LBSO zal bijdragen aan het aanpakken van de klimaatverandering en de energiecrisis door de commercialisering van de opwekking van thermo-elektrische energie te versnellen.”
De onderzoekers verwachten dat LBSO niet alleen kan worden toegepast op technologie voor het opwekken van thermo-elektrische energie en het recyclen van afvalwarmte uit industriële apparatuur, maar ook op technologie voor het beheren van de warmte die wordt gegenereerd door blootstelling aan en absorptie van sterk zonlicht in extreme omgevingen zoals de ruimtevaart en de luchtvaart. het is zeer goed bestand tegen UV-blootstelling.
Meer informatie:
Hyebi Kim et al., Perovskiet Lanthaan-gedoteerd bariumstannaat: een vuurvast bijna-nul-indexmateriaal voor energieoogstsystemen bij hoge temperaturen, Geavanceerde wetenschap (2023). DOI: 10.1002/advs.202302410
Tijdschriftinformatie:
Geavanceerde wetenschap
Geleverd door de Nationale Onderzoeksraad voor Wetenschap en Technologie
