燃气动力汽车中的大部分燃料都因发热而浪费，但一项新的研究表明，有一种方法能将这种流失的能量转化为电能。

研究人员开发了一种热电发电机，该发电机能够捕获废气热量并将其转化为可用电力。与以往笨重且需要额外冷却的系统不同，这种新型设计轻巧、高效，并且能在高速环境下工作。

内燃机中的能量浪费

燃气内燃机会将大约75%的燃料能量以热能的形式浪费掉，仅有四分之一的能量用于驱动。美国化学学会《应用材料与界面》期刊上的一项新研究探索了一种利用这些废热并将其转化为电能的方法。研究人员已经开发出一种热电发电机原型，能够提高燃料效率并减少二氧化碳排放，为可持续能源事业提供了潜在助力。

将余热转化为电能

燃料浪费不仅会降低效率，还会增加温室气体排放，这凸显了采用更高效余热回收系统的必要性。热电系统可利用半导体材料根据温差发电，为解决燃料浪费问题提供了途径。然而，大多数现有设计体积庞大、结构复杂，需要额外的冷却水才能维持有效性。

现在，李文杰（Wenjie Li）和贝德·鲍德尔（Bed Poudel）领导的一个研究小组开发了一种更紧凑的热电发电机，它能有效地捕获并转换包括汽车、直升机和无人机在内的高速车辆的废气热，使之成为可用的能源。

热电发电机创新设计

研究人员制造的新型热电发电机包含由碲化铋制成的半导体，并使用热交换器（类似于空调中使用的热交换器）从汽车排气管中捕获热量。研究团队还加入了一种名为散热片的温控硬件。散热片能显著提高温差，直接影响系统的电输出。

他们的原型机输出功率为40瓦，大约为一只灯泡所需的功率。重要的是，结果表明，在高气流条件下（如排气管中的条件），效率会提高，从而增加系统的电能输出。

高速模拟与未来潜力

在模拟高速环境的测试中，余热系统表现出了极强的通用性；在模拟汽车尾气排放速度时，该系统产生的功率高达56瓦，在模拟直升机尾气排放速度时，功率可达146瓦，分别相当于5节和12节锂离子电池（18650电池）的功率。

研究人员表示，他们的实用系统可以直接整合到现有的排气口，而无需额外的冷却系统。他们还表示，随着对清洁能源解决方案的需求不断增加，这项工作可能为热电装置在高速车辆中的实际整合铺平道路。

参考文献：《排气废热回收的热电能量收集：系统设计》，作者：拉贝娅·波斯里·斯姆瑞缇、李文杰、阿敏·诺扎里阿斯马尔兹、苏布拉塔·戈什、刘娜、克里斯托弗·D·拉恩、莫汉·桑哈达萨、沙尚克·普里亚、贝德·普德尔，发表于2025年1月7日，《美国化学会应用材料与界面》期刊。DOI：10.1021/acsami.4c18023

作者们对以下机构的资助表示感谢：陆军快速创新基金计划；通过能量收集材料与系统中心获得的国家科学基金会大学-工业合作研究中心计划资助；以及海军研究办公室的资助。