美国利用汽车尾气发电研究最新进展

随着全球汽车产量的不断提高，汽车尾气对环境的污染日趋严重，各国研究人员一直在寻找治理汽车尾气的方法。而美国研究人员正在开发一种发电机，它可以使汽车“吃掉”自己排放的尾气。

　　实际上，早在2008年的时候，就有美国媒体报道，美国能源部资助的这项研究，由通用汽车公司与俄亥俄州州立大学合作进行。研究人员将一种特殊的电镀金属装置安装在汽车排气管上，利用尾气与空气间温差导致的热电效应，形成电流，通过电动机驱动汽车。专家解释说，在上述装置内由两种金属组成的回路中，如果两个接触点之间产生温度差，金属电子的状态会发生变化形成电流，这种热电转换现象即为热电效应。

　　研究人员指出，这一装置可使一辆雪佛兰越野车的燃油利用率提高5%，相当于每升燃油多跑0.43公里。小型车如果安装这种装置，节油效果会更明显。

　　当时报道称，美国能源部希望通过这项研究将汽车燃油利用率提高10%。研究人员说，如果该装置最终达到这一目标，通用汽车公司今后在美国销售的所有汽车有望每年节省燃油约1亿加仑(约3.78亿升)。

　　近日，美国《大众科学》杂志对于该项目又有了更新报道，美国普渡大学的研究人员正与通用汽车联合开发一种利用温差产生电流的热能发电机，这种发电机可将汽车尾气中的热量转化成电能，从而达到“吃掉”汽车尾气的目的，并节省燃料。

　　从今年1月份开始，这个研发团队一直设法在汽车三元触媒转换器后安装一个由金属芯片构成的初始模型，该模型可以从温度高达700摄氏度的废气中收集热量。

　　领导这项研究的普渡大学机械工程系教授徐先凡解释说，因为热能转化为电能的过程中会出现巨大的温差，而且只有使这种温差持续才能产生电流，所以这种金属必须能够经受住巨大的温差——一面要接触高温气体被加热，而另一面则必须保持低温。

　　研发团队目前最大的挑战之一是寻找一种导热很差的金属，这样汽车尾气中的热量就不会从一面传到另一面了。

　　通用汽车的研究者们目前正在测试一种名为“方钴矿”的金属，它是含有钴、砷化物、镍和铁的混合物，如再加进含铈的稀土元素合金，还可使这种方钴矿的导热性再次降低。

　　热电转化技术不仅可以为车辆提供电力，还可对家庭和发电场的废热进行回收利用，以及用于新型太阳能电池。

　　美国国家科学基金和能源部已向该项目提供了总额达140万美元的资金支持。

　　新技术可收集汽车废热转换成电力

　　就算是目前最先进的热电组件(thermoelectrics)，其转换效率也大概只有5%；但目前的最新研究成果显示，有一种叫做 Skutterudites 的材料──再加上一种将其原子对齐的新技术──就能将热电组件的效率提升到20%，足以商业化。若将如此高效率的热电转换器装在车辆的排气管上，就可将废热转换成电力，为混合动力车辆的电池充电。

　　Skutterudites材料有很好的导电性，但导热性却不佳；最近美国密西根大学(University of Michigan)教授Ctirad Uher 发现，在该种化合物中某种特定配置的钡合金(barium alloy)，可大幅增加Skutterudites材料的转换效率。这种技术能有效地降低Skutterudites的导热系数，从而大幅提升其热电转换效率。Uher 是与同校教授Massoud Kaviany 合作进行上述研究。

　　研究人员声称，汽车制造厂商可以使用他们所研发的新材料，从车辆的排气管收集废热来发电：“这是一个现成的、很大的发热源。”Uher表示。这项研究案是由美国能源部旗下的基础能源科学办公室(U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences)，以及密西根大学的太阳能与热能转换中心(Center for Solar and Thermal Energy Conversion)共同赞助。

光与电之间的能量转换(LED/太阳能电池)，以及光与热之间的能量转换(电灯泡/温室)，跟电与热之间的热电转换是互补的