眾所周知，熱電材料可以將熱量轉(zhuǎn)化為電能，由所謂的塞貝克效應(yīng)造成，因兩端溫差會(huì)產(chǎn)生電壓。然而熱能在轉(zhuǎn)化為電能過(guò)程中會(huì)損耗大量能量。

在塞貝克效應(yīng)中，衡量熱電轉(zhuǎn)化效率的數(shù)值被稱為ZT值，熱電材料的ZT值越高，其熱電性能就越好。在過(guò)去，科學(xué)家們研發(fā)出最好的熱電材料ZT值最高只有2.8。而今天來(lái)自?shī)W地利維也納大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出ZT值為6的熱電新材料，讓熱電轉(zhuǎn)化率得到重大突破。該新型材料是由硅，鐵，釩，鎢和鋁薄層構(gòu)成。

維也納大學(xué)研究所的恩斯特·鮑爾教授表示，一種好熱電材料必須滿足兩種難以取舍的要求，一方面要盡可能地導(dǎo)電，而另外一方面要盡可能少傳熱量。這款新型材料不但可以應(yīng)用在熱電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，還可以用來(lái)為傳感器甚至是小型計(jì)算機(jī)處理器提供能量，未來(lái)應(yīng)用會(huì)很廣泛。

在物理學(xué)中，電導(dǎo)率一般和導(dǎo)熱率相輔相成，電導(dǎo)率高的材料自然會(huì)導(dǎo)熱率高。而恩斯特·鮑爾卻相信肯定會(huì)有更好的熱電材料，只不過(guò)我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，為了尋找新一代熱電材料，恩斯特·鮑爾從6年前的2013年就開(kāi)始研究起各種各樣不同的熱電材料，再經(jīng)過(guò)數(shù)千次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)按一定比例的硅，鐵，釩，鎢和鋁組合是最佳的熱電材料。

據(jù)悉，新研究已發(fā)表在《自然》雜志上。新型熱電材料中的鐵原子以嚴(yán)格規(guī)則方式排列在所謂的面心立方晶格中，兩個(gè)鐵原子之間距離是相同的，不過(guò)當(dāng)它們被涂到硅上時(shí)，立刻會(huì)發(fā)生一些令人驚訝的變化，兩個(gè)鐵原子可能彼此相鄰，這改變了電子結(jié)構(gòu)，意味著電子能在材料中自由移動(dòng)，獲得非常低的電阻，然后導(dǎo)熱率卻不變。

相關(guān)延伸：

快能幫APP訊：100%的能源目標(biāo)和任務(wù)正在以令人眼花繚亂的速度在全美推廣，但在紐約州州長(zhǎng)安德魯·科莫的領(lǐng)導(dǎo)下，紐約已成為東海岸的領(lǐng)頭羊。多年來(lái)，在紐約改革能源愿景計(jì)劃下，該州一直在積極推動(dòng)能源從化石燃料向可再生能源未來(lái)的轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)在，隨著氣候領(lǐng)導(dǎo)和社區(qū)保護(hù)法的通過(guò)和簽署，該州將在2050年前消除溫室氣體凈排放。這一愿景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了備受關(guān)注的雄心勃勃的太陽(yáng)能和風(fēng)能政策，愿景同時(shí)還考慮了清潔的地?zé)崮堋?/p>

地?zé)?太陽(yáng)能聯(lián)合發(fā)電示意圖(鄭克棪教授供圖)

凈零的意義不僅僅是將基于碳的電力轉(zhuǎn)移，它也意味著遠(yuǎn)離碳基的供暖和制冷。紐約四分之一的排放物來(lái)自住宅和商業(yè)建筑，它們?nèi)紵烊粴饣蛉加腿∨?。這些系統(tǒng)需要進(jìn)行改造，以使用零碳電力或可再生能源地?zé)崮堋?/p>

為此，該州采取了全美最激進(jìn)的地?zé)岐?jiǎng)勵(lì)措施。地源熱泵(或地?zé)?系統(tǒng)在地層與建筑物之間傳遞熱能，用以供暖和制冷，而不產(chǎn)生任何有害的排放或額外的燃料。通過(guò)地源熱泵補(bǔ)貼計(jì)劃，紐約州能源研究和發(fā)展局提供了2650萬(wàn)美元用于安裝這種領(lǐng)先的可再生能源技術(shù)。

同時(shí)，房主可以獲得30%的聯(lián)邦稅收抵免，由此可以看出為什么地?zé)崾窃撝菰鲩L(zhǎng)最快的可再生能源。另外，公用事業(yè)公司也在支持地源熱泵安裝，ConEd向韋斯切斯特縣的業(yè)主提供高達(dá)5000美元的資金，用于購(gòu)買(mǎi)清潔的地?zé)嵯到y(tǒng)。

這些激勵(lì)措施使地?zé)醿r(jià)格比以往任何時(shí)候都更可負(fù)擔(dān)，但這并不是最終結(jié)果。太陽(yáng)能是地?zé)岬耐昝姥a(bǔ)充，由于對(duì)太陽(yáng)能同樣慷慨的激勵(lì)，房主也可以同時(shí)使用太陽(yáng)能以節(jié)省大量資金。

當(dāng)同時(shí)安裝時(shí)，地源熱泵與太陽(yáng)能電池板能很好地配合工作。地源熱泵利用太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)的電能調(diào)節(jié)家庭的溫度。這是一個(gè)完全綠色的系統(tǒng)，在不排放任何危險(xiǎn)的溫室氣體的情況下，照顧家庭的大部分能源使用。地?zé)崮芘c太陽(yáng)能不是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，而是相輔相成，減少家庭的碳排放。

將太陽(yáng)能和地?zé)峤Y(jié)合在一起，使房主能夠最大限度地利用這兩種技術(shù)的好處，同時(shí)也為他們提供了增強(qiáng)能源獨(dú)立性的額外好處，此外，還能幫助家庭擺脫不斷上漲的公用事業(yè)費(fèi)用。當(dāng)居民找到一家有能力為這些內(nèi)部裝修提供資金的公司時(shí)，他們有能力分期償還投資，并且從第一天就看到節(jié)省的效果。

人們對(duì)紐約在地?zé)崾袌?chǎng)上為其提供的機(jī)會(huì)感到興奮。當(dāng)把地?zé)崮芎吞?yáng)能機(jī)會(huì)結(jié)合起來(lái)，綠色家庭將使紐約的天空格外亮麗。

(編譯/中國(guó)地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟鄭帆)