但團隊還沒有廢棄對這些材料的研究。斯金納在一項與此無關的研究中,觀察到暴露在強磁場中的半導體產生了一種奇怪的效應。電子的運動軌跡在磁場影響下發生彎曲。斯金納和梁富聯想到:磁場會對拓撲半金屬產生什麼樣的影響?
他們通過查閱文獻,發現普林斯頓大學的一個研究小組為了充分表徵一種名為鉛錫硒化錫的拓撲材料,在2013年測量了它在磁場下的熱電特性。研究人員報告說,他們在對這種材料的許多觀察中發現,材料的熱電發電量在35特斯拉的高磁場下增加了(作為比較,大多數MRI機器能夠操作大約2至3特斯拉)。
斯金納和梁富利用普林斯頓研究的材料特性,從理論上模擬了材料在一定溫度和磁場條件下的熱電性能。
斯金納說:「我們最終發現,材料在強磁場下會發生一件有趣的事情:可以讓電子和空穴向相反的方向移動。實現電子向冷邊移動,空穴向熱邊移動,材料中同時存在這兩種現象。只要磁場更強,原則上就可以從同一材料中得到越來越大的電壓。」
他們在小組的理論模型指導下,計算了鉛錫硒化物的ZT值,這個值表徵了材料離通過熱能產生電能的理論極限有多近。迄今為止已報導的最高效的材料的ZT值約為2。斯金納和梁富發現,在大約30特斯拉的強磁場下,硒化鉛錫的ZT值可以比最高效的熱電材料高約5倍,達到10。
硒化鉛錫在30特斯拉磁場中,加熱到大約500k,或440華氏度的情況下,其ZT值等於10,應該能夠將18%的熱能轉化為電能;而ZT值等於2的材料只能將8%的熱能轉化為電能。
就是說只要磁場足夠強,他們就可以控制帶負電的電子和帶正電的粒子向不同的方向移動,這是不是聽起來很乾?
30t超強磁場,絕對不是一般的設備能夠達到的。甚至需要超導材料才可以,否則的話,那個發熱量簡直要飆到天上去了,這個世界上只有寥寥幾個實驗室可以達到。
所以說雖然動靜鬧得非常大,但其實這個材料距離實際的應用還非常遙遠,最起碼距離它具有實際的應用意義,還有非常非常長的路要走。
哪怕他們最近收到王峰本人的理論啟發,將磁場強度降低到了22t,但是結果依然沒有什麼變化。
而目前京城鋰電池研究所內的sbk拓撲材料已經達到了在600k的溫度下,zt值做到了12的水平,熱電轉化率達到了21%,並且對磁場並沒有什麼特別的要求。
這意味著什麼呢?
意味著汽車,火車,輪船等等有大量廢棄熱的地方,他們的一部分廢氣熱能可以再一次利用起來了,而根據保守估計,目前全世界的汽車保有量達到了75000萬輛,這麼多的汽車每天浪費的熱量是一個天文數字。
我們能把其中的一部分熱能進行回收,無疑將為提高能源利用效率,降低二氧化碳排放做出卓越的貢獻。當然最重要的還是大幅度提高了經濟效益,全世界都將會為此受益。
當然,不僅僅是汽車,這裡泛指一切交通工具,他們的燃料利用效率將會變得更高,對於電力的需求也將更容易得到滿足,他們將不再考慮使用過多的用電器,是否會降低其動力。因為用電器如果消耗不完的話,他們甚至可以考慮裝幾個電動機來提供更多的動能。
當然全世界的交通,出行和運輸所消耗的熱量還算不上大頭,畢竟和全世界的發電廠還有工廠比起來,這點熱量消耗和浪費根本不值一提。
單單從發電廠來說,目前我們的能源利用方式或者說發電方式依然是燒開水,有人說我們的歷史,或者說是近代史就是一部換著花樣燒開水的歷史。
隨著我們技術的不斷發展,我們燒開水的方式越來越先進,燒開水的花樣也越來越多,能源利用效率在不斷提高。
但是哪怕經過了一百多年的發展,我們的能源效率依然停留在了40%這個關卡,遲遲無法突破。哪怕是目前最先進的超超臨界蒸汽輪機機組,其熱效率也不過是2%,依然有大量的熱能被浪費了。
600開爾文的溫度,也就是說三百多攝氏度,發電廠的蒸汽溫度完全能夠滿足這個要求,在理想條件下,它甚至能夠將我們的熱效率再提高十個百分點,大家可以想像一下,這是一個什麼樣的突破!
畢竟實現了從超臨界機組到超超臨界機組的突破,我們的熱效率也不過是高了2~4個百分點而已,從這裡就可以看得出來這項突破有多麼可怕了。
去年一年我都發電量達5萬億kwh,世界發電總量估計達到了27萬億kwh,可以想像一下全世界的發電量閆夏子提高了1/4是什麼感覺?(在這裡,我們假設全世界的發電機組熱效率達到40%,其實肯定是沒有的,應該是30%稍多一些。)
考慮到這麼重大的突破,王峰,當然是不敢有任何的懈怠,直接連夜將這條消息上報上去。剩下的倒是不用他操心了,畢竟他們這邊的安保已經有了更進一步的增強,這個問題倒是不需要考慮。
只不過他不知道的是,他這條消息將已經進入夢鄉的呂司長給炸了出來,這位上了年紀的老人家在聽到消息之後,立馬就睡不著了,連夜就坐車趕了過來。
上了歲數的人睡眠本來就淺,再加上工作壓力大,尤其是最近這段時間的能源調配問題已經成了老大難,更是讓他睡眠質量變得越來越差。
七八月份本來就是用電的高峰期,電網負荷非常大,再加上這段時間的溫度特別高,天氣又熱又悶,如果不能保證用電的話,可以想像全國人民將會怎樣問候他的家人。
但是問題是他又不是魔法師,沒辦法憑空變出動力煤來,再加上全世界範圍的動力煤價格瘋漲,發電廠就更加不願意開機啦。
他本來對這方面沒有報太大希望的,畢竟搞科研又不是種地,哪有兩三個月就收穫的。但是卻沒有想到王教授給了他一個大驚喜!
「及時雨啊,王教授真是及時雨啊,不枉我費那麼大勁幫他跑上跑下的!」呂司長興奮地坐上了汽車,精神抖擻的,一點兒沒有剛剛熬夜的樣子。