约翰逊热电换能器

约翰逊热电换能器是一种类型的固态热机，它使用电化学 氧化和还原氢的近似于两小区，热循环埃里克森循环。正在研究它作为常规光伏电池的可行替代品。朗尼·约翰逊（Lonnie Johnson）发明了该技术，并声称该转换器的能量转换效率高达60％，而最佳光伏电池的转换效率仅为30％。但是，根据与卡诺循环的比较，这种说法是理论上的并假设温度梯度为600°C。最初是向海军研究办公室提出的，但遭到拒绝。约翰逊后来通过将发动机设计为氢燃料电池获得了资金。约翰逊正在与PARC合作开发发动机。

约翰逊热电换能器通过压缩和膨胀氢气将热量转换为电能。它作为封闭系统运行，没有移动的传统机械零件，不需要输入燃料，也不会产生废气。发动机包括两个阶段：低温压缩阶段和高温动力阶段。每个阶段都由一个工作流体室组成，该流体室被一个衬有铜的膜电极组件（MEA）对分。MEA是夹在两个电极之间的专有陶瓷质子交换膜（PEM）。

在高温功率级中，从压缩级膨胀高压氢气会通过MEA将热能转换为电能。当高温高压氢被迫通过PEM时，它被电离，产生质子和电子。质子穿过膜，而电极则通过负载将电子排出。穿过PEM后，质子与电子复合，产生低压氢气，该氢气流出到压缩级。从高温阶段的角度来看，负荷包括发动机和低温压缩阶段的外部负荷。在压缩阶段，在MEA上施加电势，迫使质子流过PEM以产生高压氢。当氢气在两级之间移动时，它会通过一个热交换器，该热交换器通过帮助使高温级保持热态和使低温级保持冷态而提高效率。

可用于外部负载的能量是在低温下压缩氢气所需的能量与在高温下膨胀氢气所需的电势之差。与其他热泵设备不同，JTEC需要初始电能输入以启动压缩阶段并启动循环。发动机也可以反向运行，以将电能转换为温差，例如在HVAC应用中。在建议的应用中，太阳辐射会加热功率级，而压缩级会连接到环境温度散热器。