1神奇的溫差行動電源

  不需要外接電源,只要握在手中就可以為手機充電,而且高效的地方在於,“手握2小時能充滿iPhone電池”。在“啟迪之星2014創業營南京站”創業專案路演活動現場,南京資訊工程大學一名在校大學生的創業專案引起眾多關注。

 

  從新聞中來看,這款溫差行動電源的體型小巧,大約和5000毫安培時的行動電源相當,樣品熱能和電能的轉化率能達到17%,“握在手裡兩個小時蓄滿的電就可以給蘋果手機充滿電。”

 

  如此看來,溫差行動電源可真是得力助手,不用外接電源就可以為手機充電,而我們手部的溫度又是比較恒定的,那麼這款行動電源就可以讓手機免於充電了。如果能將其集成在手機殼中,那麼手機的續航問題就不會在困擾用戶了。

 

  雖然這樣的設計很理想,我們也希望真的能有這樣的便攜供電設備來免去充電的麻煩,不過這樣逆天的行動電源到底能不能實現這樣的功能,實際表現究竟怎樣,筆者接下來就為您分析。

 

 

2工作原理理論可行

  顧名思義,溫差行動電源就是利用溫度差來實現供電,也就是手部較高的溫度和行動電源內較低的溫度形成的電勢差,並將電能提供給手機,實現充電。

 

塞貝克效應原理(紅色為熱端,藍色為冷端)

 

  這裡運用的是塞貝克效應(Seebeck Effect),也稱第一熱電效應,指的是兩種不同金屬構成的回路中,如果兩種金屬的結點處溫度不同,該回路中就會產生一個溫差電動勢,從而產生電壓,為手機充電。

 

  根據本次創業專案的評審介紹,這款行動電源串聯4個溫差發電元件,20度的溫差即可輸出600毫安培的電流,只要2小時50分鐘就可以充滿1420毫安培時的電池。

 

 

溫差發電電池

 

  如此看來,只要環境不是太熱,我們手握行動電源就可以為手機供電了。不過實際使用經驗告訴我們,充電可能不只是這麼簡單。

 

  溫差發電一般應用在玻璃、制磚、煉油廠、煤炭和燃氣電廠等重工業領域,以及大型船舶和油輪裡持續運轉的大內燃機等。之所以在這些領域應用,是因為其有足夠大的溫差,廢熱溫度高達400攝氏度到600攝氏度,這個溫度範圍對於使用熱電材料正是最有效點。

 

  雖然20度的溫差離上面說的400度還很遠,不過如果能夠有效利用,說不定還真能為作為溫差行動電源的能量來源,實現手機充電。

 

 

3實際分析站不住腳

  要為手機充電,需要的電壓是5V。溫差發電片如果要達到5V以上開路電壓,600mA的發電電流,就需要至少80攝氏度的溫差,當然這只是理論值。

 

 

溫差發電需要較高的溫差才能提供滿足需求的電壓

 

  雖然生活中80度的溫差不好找,但20度的溫差還是有的,這應該就是評審提到的“串聯4個溫差發電元件,20度的溫差即可輸出600毫安培的電流”。我們姑且認為這樣的方案可行,4個串聯的溫差發電元件也可以塞進小體積的行動電源中,但是事實上能否充電還是要計算驗證。

 

  我們的手部溫度一般在37℃以下,要達到20度的溫差,行動電源就要有17℃以下的溫度。看起來很簡單,不過根據熱力學第二定律,這一系統會自發地朝著熱力學平衡方向演化,而人的體溫保持不變,也就是說沒有額外的製冷措施,行動電源整體最終會變為37攝氏度,和手部的溫差趨於0

 

溫差發電片的體積也不小

 

  如果保持20度的溫差,行動電源還需要有製冷措施,據介紹,“行動電源內部有一種半導體材料,這種材料有製冷效果,能給行動電源內部降溫,”保持較大的溫差。根據能量守恆定律,半導體材料需要的能量要高於行動電源所能產生的能量。也就是說,如果要利用半導體降溫,行動電源就不能為手機充電,而且由於能量會有損耗,這一做法也只是減緩行動電源和手部溫差變為0的速度,而不能改變這一趨勢。

 

  如此看來,只依靠手部溫度帶來的溫差為手機充電是不可能的了,如果要保持溫差,就必須消耗額外的能量。

 

 

4事實驗證破解黑科技

  如果借助額外的能量保持行動電源內部和手部的20度溫差,比如在行動電源內部裝滿液氮用於降溫,雖然行動電源會變成一次性的,但這樣利用溫差充電就變得可行了。我們不去考慮為什麼不把保持溫差的能量為手機充電,單看看溫差充電的效率究竟實用與否。

 

  正常成年人每天消耗的能量約為2000千卡,人體經傳導散熱損失的熱量約占3%,即60千卡。即使手部散發的熱量較多,也不會超過6千卡(總熱量的10%),如此小的行動電源還不能同時容納兩隻手,這一數位還需要除以4(考慮手心和手背)。

 

體型小巧的溫差發電

 

  現在得到的結果是1.5千卡,這還是24小時的資料,也就是說這款行動電源接受到的熱能每小時遠低於62.5卡,或261.5焦耳。

 

  需要注意的是,行動電源聲稱的熱電轉化率為驚人的17%,即使這一數字屬實,每小時也只能獲得44.45焦耳。

 

  此外,充電線和手機也並不能將所有能量利用,其中只有約90%可以為電池充電,按照理想的情況來看,最後能充進手機電池的能量為40焦耳每小時。

 

 

行動電源正常充放電都會有熱能損耗

 

  iPhone 5s的電池容量為1570毫安培時,即5.96Wh。即使充電沒有能量損耗,也需要21456焦耳的能量才能充滿。這就意味著,即使行動電源和手部保持了20度的溫差,使用者也需要536.4小時才能將iPhone 5s的電池充滿,充電時間已經遠遠超過了iPhone的靜待機時間,相信沒有用戶會選擇用這樣的產品來充電。

 

 

  綜上所述,不管是從理論分析還是實際表現,如此小體積的溫差行動電源都不能實現,充其量也就是嘩眾取寵的一個創意。如果真要實現溫差發電來完成手機充電,必須滿足有80攝氏度以上的溫差,並能夠將溫差持續2小時以上,其實足量的行動電源才是更好的續航保障。

 

  雖然溫差行動電源的創意被我們破解,但還會有更多的“溫差行動電源”出現,我們在這裡也提醒您不要輕易相信類似的宣傳內容,同時呼籲廣大新聞媒體注重科學分析,減少虛假不實報導。

 

溫差行動電源受到很多人的關注,新聞中方便快捷的充電方式是不少使用者夢寐以求的,不過大多數人在讚賞其便捷的同時忽略了科學的支援,這裡我們就從客觀角度為您揭示這款黑科技行動電源背後的秘密。—-小編

(本文轉載網路)

 

 

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