Extrémne účinný termoelektrický materiál recykluje odpadové teplo
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 4. 8. 2021
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci z Northwesternskej univerzity vyvinuli nový termoelektrický materiál, ktorý môže byť doteraz najefektívnejší. Nová a vylepšená polykryštalická forma čisteného selenidu cínu má pritom všetky správne vlastnosti, aby sa stala praktickým materiálom na premenu odpadového tepla na elektrickú energiu.
Termoelektrické systémy vyrábajú elektrickú energiu prostredníctvom teplotného gradientu. Zahrievanie jednej strany špeciálneho materiálu môže spôsobiť, že sa elektróny začnú pohybovať z teplejšej strany na chladnejšiu stranu, pričom pri tom vzniká elektrický prúd. Táto technológia by tak mohla pomôcť recyklovať energiu, ktorá sa inak plytvá ako teplo v elektronike, elektrárňach, motoroch a dokonca aj v kuchynskom riade.
Aby sa táto technológia dala čo najlepšie využiť, termoelektrické materiály potrebujú niekoľko vlastností. Musia mať vysokú elektrickú vodivosť, ale nízku tepelnú vodivosť, aby elektróny mohli ľahko prúdiť, zatiaľ čo teplo zostáva na jednej strane. Musia byť tiež schopné efektívne vyrábať elektrickú energiu z teplotného gradientu (známeho ako Seebeckov koeficient) a v ideálnom prípade by mali byť schopné odolávať vysokej teplote.
Všetky tieto vlastnosti sa navzájom porovnávajú a vyjadrujú ako „vyčíslenie hodnoty“. Toto číslo dostalo z menej ako 1 pred viac ako desiatimi rokmi na 2,2 v roku 2012 a nedávno až na 2,7. Vedci teraz tvrdia, že sa im podarilo dosiahnuť rekordnú hodnotu až 3,1.
Kľúčom k tomu bol materiál nazývaný ako selenid cínu, ktorý tím predtým posunul na hodnotu 2,6 v jednokryštálovej forme. Tento materiál je však na sériovú výrobu príliš krehký, a tak sa vedci pustili do jeho výroby v polykryštalickej forme, ktorá je pevnejšia a podľa potreby sa dá ľahšie rezať a tvarovať.
Nanešťastie, keď začali experimentovať s touto formou, zistili, že materiál má vysokú tepelnú vodivosť, ktorá znižuje termoelektrický efekt. Bližšia kontrola odhalila, že na vine je tenká vrstva oxidovaného cínu, ktorá sa tvorí na povrchu. Keď potom vyčistili východiskové materiály a odstránili vrstvy, ktoré sa vytvorili, podarilo sa im zvýšiť hodnotu vlastností materiálu až na 3,1. Tím dúfa, že tento prielom by mohol viesť k lepším termoelektrickým generátorom.
Výskum bol publikovaný v magazíne Nature Materials.
