敏化电池技术艺术处理图。建筑物的高度代表电子的能量状态。半导体层中的电子通过热激发转化为高能状态，并转移至电子传输层中。随后，它们经外部电路到达对电极。对电极附近的电解质中发生氧化还原反应，为半导体提供低能电子。随着电解质中铜离子的重新定位，整个过程最终会停止。而在一段时间内打开外部电路，又能重启整个过程。
随着能源缺口不断增大，人类只能寄希望于发展新的能源技术。虽然目前已经大量使用的风能和太阳能等可再生能源优点明显，但在人类的脚底下还有一种巨大的能源有待开发：地热能。然而，人类缺乏能够利用地热能发电的配套设备。
phys.org网站7月18日报道，日本东京工业大学（Tokyo Tech）Sachiko Matsushita博士带领的团队，在解释和开发敏化热电池（STCs）方面取得了重大突破。他们在《材料化学杂志A辑》中发表了相关研究成果。
目前，科学家们已经发现了将热能转化为电能的多种方法，但其大规模应用始终是个难题。例如，工程师们不可能直接将氧化还原电池和基于Seebeck效应的设备简单埋进地下，就能利用地热源了。
Matsushita博士的团队此前曾报道过利用染料STCs将热能直接转化为电能的方法。他们用半导体替代了染料，使系统还可以利用光来工作。Matsushita博士等介绍了一种典型的STC，它是由电子传输层（ETM）、半导体层（锗）和固体电解质层（铜离子）构成的。在STC工作时，电子受热激发从低能态转变为高能态，然后自然转移至ETM中。随后，电子离开电极，经外部电路到达对电极和电解质层。电解质的两个界面都可以发生与铜离子相关的氧化还原反应，使低能电子转移至半导体层，从而构成完整电路。一段时间后，电流停止了。Matsushita等认为导致电流停止的原因在于铜离子的重新定位。但值得注意的是，打开外部电路一段时间后，电池就能在有热量存在的情况下恢复运转。Matsushita总结说：“我们可以通过使用一个简单的‘开关’让低质量的热能转化为伟大的可再生能源。”
这一发现令Matsushita团队异常兴奋——新技术的适用性和生态友好性具有解决全球能源危机的巨大潜力。Matsushita解释说：“新技术不存在核电站辐射的风险、也不存在化石能源的高成本问题，还比太阳能和风能发电更稳定。继续优化这种电池技术，有望在不损害地球的前提下解决我们的能源问题。”
原创编译：德克斯特 审稿：阿淼 责编：唐林芳
期刊来源：《材料化学杂志A辑》
期刊编号：2050-7488
原文链接：https://phys.org/news/2019-07-earth-crust-ultimate-energy-source.html
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