内燃机，即汽油驱动汽车的发动机，仅利用燃料势能的四分之一，其余能量则以热量的形式通过废气散失。如今，发表在《ACS 应用材料与界面》上的一项研究展示了如何将废气热量转化为电能。研究人员展示了一种热电发电机原型系统，该系统可以减少燃料消耗和二氧化碳排放——这为在快速变化的世界中改进可持续能源计划提供了一个机会。

研究人员设计并测试了一种废热回收系统（如图所示），该系统安装在汽车排气管上，将尾气中的热量转化为能量。管道外部的扇形凹槽是设备散热器的冷侧，管道内部的三角形部件是板翅式热交换器。

燃料效率低下会导致温室气体排放，并凸显了创新废热回收系统的需求。热回收系统（称为热电系统）利用半导体材料，根据温差将热量转化为电能。然而，许多现有的热电装置设计笨重复杂，需要额外的冷却水来维持必要的温差。现在，由李文杰和贝德·波德尔领导的研究小组开发了一种紧凑型热电发电机系统，可以有效地将汽车、直升机和无人机等高速飞行器产生的废气废热转化为能量。

研究人员的新型热电发电机包含一个由碲化铋制成的半导体，并使用类似于空调中使用的热交换器来捕获车辆排气管道中的热量。该团队还集成了一个调节温度的硬件，称为散热器。散热器显著增加了温差，这直接影响了系统的电输出。他们的原型实现了40瓦的输出功率，大约足以点亮一个灯泡。重要的是，结果表明，像排气管中的高气流条件可以提高效率，从而增加系统的电输出。

在模拟高速环境的模拟中，该废热系统展现出极佳的多功能性；该系统在类似汽车的排气速度下可产生高达 56 瓦的功率，在类似直升机的排气速度下可产生高达 146 瓦的功率，分别相当于 5 个和 12 个 18650 锂离子电池的功率。研究人员表示，他们的实用系统可以直接集成到现有的排气口中，无需额外的冷却系统。随着对清洁能源解决方案的需求不断增长，他们补充说，这项工作可能为将热电设备实际集成到高速车辆中铺平道路。