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《一种独特的热电能量直接转换器件碱金属热电转换器_amtec_》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、··综述和述评一种独特的热电能量直接转换器件一碱金属热电转换器(AMTEC)童建忠倪秋芽(中科院电工研究所)摘要碱金属热电转换器(AMTEC)是一种把热能直接转换成电能的高效率面积型能量转换器件,它适0~130oK范围的,用于温度在90多种形式的热源热电转换。,效率达(30~40)%本文介绍这种新颖的能量转换器件的工作原理和主要特点并。综述其应用前景和研究现状:,1,关键词热电转换器刀一氧化铭固体电解质直接能量转换、一概述碱金属热电转换器(AlkaliMetalThermoeleetrieConverterAMTEC)是以日“氧化铝固体电解质(Be七a”AluminaSolidE
2、lee七rolytesB—ASE)为关键材、,—,u,料以液态钠为工质的热电能量直接转换器件是在BASE问世以后由库默(Kmmer.、,,JT)和韦伯(WeberN)在美国福特汽车公司工作期间于1968年首先提出的新概念。这一新概念以BASE独特的电性质优异的离子电导为基础BASE是透明的晶体,熔点22—53K,名义成份是Nas,3Li,,3AI,2,30;7,通常制成致。密的微晶烧结陶瓷它是由四层密堆积氧离子和铝离子构成的基块(尖晶石基块)以及在尖十“一。晶石基块之间由Na和O构成的疏松堆积的钠氧层所组成钠氧层的原子密度是密堆,,,。积层的四分之三因此钠离子在钠氧层内容易移动这
3、就是BASE中的传导面在1000.。K时,“075/cm,而电子电导可忽略不计它在日氧化铝固体电解质的钠离子电导率为。,高达1300K的温度下不和元素钠起反应在电化学器件中BASE被用作选择性渗透。垒,、虽然和诸如磁流体发电热电子发电和半导体温差电池等人们熟知的热电能量直接转「,,换技术相比AMTEC尚属直接发电技术领域中年轻的新分支但由于AMTEC具有高、,。效率高功率密度和高比功率等令人瞩目的特点这个新分支发展得较快AMTEC适用、、,,于核能化石能太阳能等多种形式的热源不论在空间还是在地面都有良好的应用前。景1993年·,第1期卫g二、AMTEC的工作原理碱金属热电转1),
4、换器是一个充有适量工质钠的封闭容器(图用BASE作选择性渗,、、。:=,透膜将器件的高温高压区和低温低压区隔开高温区的温度保持在T90一1300K。,此时钠的蒸汽压在一个大气压匕下低压区主要是钠蒸汽和少量冷凝成液态的钠这个区域,,=。,和玲凝器相连温度处在T40一80oKBASE的低压侧复盖着多孔金属电极外电路。,,接在高温液态钠和多孔电极之间在AMTEC中温度降几乎全部发生在低压蒸汽空间。冷凝后的液态钠通过电磁泵得以循环使用,温度为;吸热在循环的始点T的钠从冷凝,,厂!
5、一一一一一一一一一一一一一一一一,器进入热区从热源吸收热能温度升高到一1300K。高温900KZTBASE两
6、侧的压力差促使BASE膜中的,,负钠离子向低压侧扩散同时在液相钠,广一火/BASE界面处发生下列反应多一孔电极3l尸尸Al夕+Naoe+〔Na〕BAsE(1)l百此处,【Na+BA。:}〕表示进入选择性渗透膜的.。,_一J钠离子于是在BASE/多孔电极界面就----,厂一得到净正电荷在BASE中建立起电位梯液态钠,电场一直}度增强到使钠离子不再流动为一气。,止当外电路接通时电子经负载而到达多孔电极,在BASE/多孔电极界面和钠离子。,复合成中性钠原子钠原子吸收汽化热向蒸汽空间运,,lL
7、动到达冷凝器表面释放出凝低温400圣之一800K。,--‘··--结热可见本质上是BASE中建
8、立的电可石茹一-一一--一一习。理想,一场驱动电子流经负载而作功情况下图1AMTEC的工作原理示意图AMTEC的电功率输出等价于钠蒸汽从高。,,压等温膨胀至低压过程中所能取出的机械功所以简言之AMTEC是靠工质钠通过,。BASE等温膨胀作功使热能直接转换成电能的、AM三TEC的理论分析1.AMTEC的电特性碱金属热电转换器是一种热再生电化学系统(ThermalRegenerativeElee七roche-,,micalSyoLem)它的工作机制类似于浓差电池电动势是由化学势梯度驱动钠离子迁移。而形成,,假定钠蒸汽是理想气体那么理想状态下AMTEC的开路电压由能斯特方程给出,,RT
9、Z、poZ犷n。=一,In万(2)厂—PV毛《电工电能新技术》;2;式中P液相钠/BASE界面处的蒸汽压力;‘—;PBASE/多孔电极界面处的蒸汽压力—。尸法拉第常数,:—,。P可根据朗缪尔假设来确定即金属从表面向真空蒸发的速率和蒸汽压呈线性关系元=P(2兀RT)一1,2(M3)。式中M是原子量,,,在开路时i=o从BASE/多孔电极界面的蒸发速率应和从冷凝器壁面的蒸发速率相平衡因此p。‘=P;;ZT:(了T/4)。这里假定多孔电极对钠蒸汽的阻力可以忽略,在考察AMTEC带负载的
