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体温发电

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  • 发布时间:2016/2/24 16:14:13
  • 作者:ly_yinhe
定义
体温发电是指利用身体表面与外界环境的温度差异来发电,人体温度发电主要通过半导体,利用温差来获取电能。一般而言,温差越大产生的电压越大,由于人体与周围环境的温差通常有限,因此只能产生非常低的电压,效率很低。
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体温发电原理

  体温发电的实质是温差发电。1821年,德国物理学家托马斯·塞贝克发现,在两种不同的金属所组成的电路中,当两个接触处的温度不同时,电路中会产生电流。后来,人们开始尝试用这个发现来进行发电,这种发电方法被称为温差发电。目前主要用海洋表面和深处的温差来进行发电,发电规模还较小。

体温发电原理示意图

图示:体温发电原理示意图

  不同的金属导体(或半导体)具有不同的自由电子密度(或载流子密度),当两种不同的金属导体相互接触时,在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。而电子的扩散速率与接触区的温度成正比,所以只要维持两金属间的温差,就能使电子持续扩散,在两块金属的另两个端点形成稳定的电压。由此产生的电压通常每开尔文温差只有几微伏。这种塞贝克效应通常应用于热电偶,用来直接测量温差。

  注:“塞贝克”效应——两种不同的金属连接起来构成一个闭合回路时,如果两个连接点的温度不一样,就能产生微小的电压。一般而言,温差越大产生的电压越大。

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体温发电应用

  韩国科学技术院(KAIST)电气电子工程系研究团队日前表示,已开发出像衣服一样可穿着,并利用体温为手机和穿戴式电子设备提供充足电力的“可穿戴式热电元件”。热电元件是指将热能量转化为电子能量的半导体元件,这是利用连接两种金属时,如果一边高温一边低温,就会在两个电路之间产生电流的现象的元件,一般都是由碲化铋(Bi2Te3)和碲化锑(Sb2Te3)等热电物质制作。

  新元件像普通纤维那样容易加工、比较轻便,但电力生产能力是相同重量的陶瓷类元件的14倍。如果用贴在胳膊上的腕带形态来制作,就会产生大约40毫瓦(以气温零上20度,体温37度为基准)的电力,大大超过了在智能带上使用的电子传感器电力消耗量。如果制作成上衣大小来穿,就可生产两瓦电力,甚至可以供手机通话。

  若将这种热电元件穿在身上,就会根据外部气温和体温的差异产生电流。但现有产品使用陶瓷类基板,又硬又重。最近开发出部分使用柔软有机材料的元件,但能源效率与现有元件相比只有百分之一左右。

  但KAIST研究团队与此相反,在换上效率较高的热电物质,制造成墨水形态后,以在柔软的玻璃纤维前后印刷的方法成功实现“一箭双雕”。

  赵秉镇教授表示,目标是在3年内要使能源效率比现在多四倍,实现实用化。起初是用于辅助现有电池,但将来还可以制作没有电池的电子设备。


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