Термионика — это метод преобразования тепла в электричество, разработанный в 60–70 гг., в первую очередь для применения в ядерных космических программах. В термионном устройстве электроны испаряются с горячего катода в вакууме и улавливаются холодным анодом, генерируя электрический ток.

«Как часть космической программы, термионика привлекла большой интерес из-за её высокой эффективности и обеспечиваемой мощности, — рассказал Джаред Шведе (Jared Schwede). — Но после закрытия программы в 1973 г. термионика оказалась в опале и приобрела репутацию технологии, проверенной и отвергнутой в прошлом».

В прошлом году Шведе и его коллега по Стэнфордскому университету, Дэниэль Райли (Daniel Riley), присоединились к программе Cyclotron Road Национальной Берклиевской Лаборатории (Berkeley Lab) и их работа над новым поколением термионных генераторов получила долгожданный импульс благодаря Андреасу Шмидту (Andreas Schmid). Этот сотрудник Berkeley Lab предложил им использовать спин-поляризованный электронный микроскоп (Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopе, SPLEEM), установленный в центре Molecular Foundry.

«Этот микроскоп предназначен для визуализации поверхностной намагниченности… Джареду и Дэну требовалось выявлять совсем другое поверхностное свойство, которое называется работа выхода. Я предполагал, что этот микроскоп чувствителен к нему, но сюрпризом стало, что это может помочь сконструировать новый электрический генератор», — комментирует Шмидт.

Недавно полученный грант (3,8 млн долл. от ARPA-E) позволит разработать убедительные прототипы термионных устройств, генерирующих чистую энергию из любых источников. Для коммерческого продвижения своей части проекта, предусматривающего взаимодействие с инженерами из Стэнфорда, Калифорнийского университета в Беркли и Пенсильванского университета, Райли и Шведе основали стартап, Spark Thermionics. Они рассчитывают в конечном итоге предложить небольшое, умещающееся на столе модульное устройство, которое можно будет легко масштабировать от нескольких ватт до мегаватт.

Будущий генератор может найти применение в качестве компонента объединённой теплоэнергетической системы умного дома.

«Нагревая воду дома всего до 80 °С вы обычно используете пламя природного газа с температурой свыше 2000 °C. С термодинамической перспективы вся эта энергия выкидывается на ветер, — утверждает Райли. — Наше термионное устройство может генерировать электричество для дома и использовать теряемое тепло для его обогрева, повышая общую эффективность и существенно снижая выбросы углекислого газа».