人体与环境温度存在温差,利用温差发电技术,完全可以实现人体体温发电,产生电压,实现“体温充电宝”功能简单又方便。

什么是温差发电技术?

1821年,德国人塞贝克(Seebeck)发现,在两种不同金属(锑与铜)构成的回路中,如果两个接头处存在温度差,回路中就存在电动势,这就是塞贝克效应。

低温余热发电现状(温差发电技术可实现)(1)

温差发电技术,它是利用热电半导体材料的温差电效应—赛贝克效应,将热能直接转换为电能。

热电半导体利用塞贝克效应实现温差发电。N 型半导体和P 型半导体上端通过导流片连接,下端则由闭合电路连接。对其上端加热,另一端散热,在温度梯度下半导体冷热两端载流子分布发生变化,由N型半导体和P型半导体组成的回路中由于有温差电动势存在而产生电流。

低温余热发电现状(温差发电技术可实现)(2)

这种效应所形成的电压很小,通常只有毫伏甚至微伏级别,其能够输出电流也比较小。但是通过多个单元的串并联组合,即可增大其输出电压和电流,构成规模发电装置。

“体温充电宝”如何实现?

只要存在温差,温差发电模块就能发电,产生电压。人体与环境温度常存在温差,利用温差电技术完全可以转化为电能为手机充电。由于温差发电的效率问题,要想达到手机充电所需的电压和电流,需要足够的温差和发电器件组合。人体一端的问题相对固定,另一端的温度要高于或低于人体端才可以。

低温余热发电现状(温差发电技术可实现)(3)

正常情况下,人体会发出红外波,人体基础代谢24 h 内会产生大量的热能。人体的主要散热部位是皮肤,当环境温度低于体温时,大约70%的体热通过皮肤的辐射、传导和对流散热消耗掉。四肢末稍皮肤温度最低,越接近躯干、头部,皮肤温度越高。

手机锂电池的额定电压一般为3.6V-3.7V。人体皮肤单位面积单位时间辐射的热量约为32.65 W/m2,由能量转换定律可知,面积为1 平方米的人体皮肤辐射1 小时的能量约为32.65 Wh,如果以0.2 C(160 mA)的充电率给锂离子电池充电,则需要5 小时可充满能量为2.88 Wh的锂离子电池, 其能量转化效率的理论值约为1.76%。前苏联人Telkes在1947年研制出的一台温差发电器,其发电效率已经达到5%。因此,利用人体的体温为手机充电在能量转换方面是完全可以实现的。

但是,由于环境温度不稳定,热源和冷源两者之间的温差很难稳定,则半导体热电材料产生的电压就很难稳定,不满足锂离子电池充电要求,为此必须对电压进行稳压处理后才可给锂离子电池充电。

低温余热发电现状(温差发电技术可实现)(4)

体温与外界环境之间的温差较小,发电模块产生的电压也较小,采用升压器件可解决过多热电材料发电模块串并联问题。一般情况下,可以利用升压DC/DC 转换器件来现升压和稳压。

热电材料性能是温差发电系统的核心。一般用温差电优值评价热电材料性能,它与塞贝克系数、热导率和电导率有关。目前器件转换效率最高已经达到10%以上。

温差发电具有广阔的未来

温差发电器,是一种静态的固体器件,没有转动部件,体积小、寿命长,工作时无噪声,而且无须维护,已经成为电源研发的热点。纵观我们周围,温差发电的利用机会太多了,因为在我们的周围有着太多的“余热”可以利用,比如,废汽热、废水热、废火热等。

低温余热发电现状(温差发电技术可实现)(5)

温差发电技术是绿色环保的发电技术,是一种新的能源产生形式,可将低品位热源的热量有效地转化为电能,减少了能量消耗,缓解了环境污染。未来随着高性能温差电材料制备、元件器生产、装置热电性能等关键技术的突破,相信在能源资源紧张的今天,温差发电应该会有一席之地。

,