NICEBOY_112021 NICEBOY_112021 NICEBOY_112021

Nový materiál premieňa odpadové teplo na elektrickú energiu. A je aj lacný

2

Takzvané termoelektrické generátory premieňajú odpadové teplo na elektrickú energiu bez toho, aby produkovali emisie skleníkových plynov. Hoci tieto zariadenia poháňali rovery na Marse, vysoké náklady zabránili ich rozsiahlemu použitiu. Vedci však teraz našli spôsob, ako vyrobiť lacné termoelektrické generátory, ktoré fungujú rovnako dobre ako drahé. Termoelektrikum je polovodičové zariadenie umiestnené na horúcom povrchu, napr ako je motor automobilu. Má horúcu a chladnú stranu, vzdialenú od horúceho povrchu.

Funguje tak, že pomocou tepla sa prenášajú elektrické náboje z jednej strany na druhú. Ak zariadenie umožní horúcej strane zahriať studenú stranu, elektrina prestane prúdiť. Schopnosť zariadenia zabrániť tomu, ako aj jeho schopnosť viesť elektróny, teda efektivitu termoelektrickej premeny energie vyjadruje bezrozmerná veličina ZT (činiteľ akosti). Za posledné dve desaťročia vedci vyrábali termoelektrické materiály s čoraz vyšším ZT.

Rekord bol zaznamenaný v roku 2014, keď Mercouri Kanatzidis, odborník na materiály na Northwestern University, a jeho kolegovia prišli s monokryštálom selenidu cínu so ZT 3,1. Materiál bol však ťažko vyrobiteľný a príliš krehký na praktickú aplikáciu. Tím sa teda rozhodol vyrobiť termoelektrikum z ľahko dostupných práškov cínu a selénu, ktoré po spracovaní vytvárajú zrná polykryštalického selenidu cínu namiesto monokryštálov. Polykryštalické zrná sú lacné a dajú sa ohrievať a lisovať na ingoty dlhé 3 až 5 centimetrov, z ktorých možno vyrobiť zariadenia.

Kanatzidis očakával, že v polykryštalických ingotoch hranice medzi jednotlivými zrnami spomalia prechod tepla. V testoch sa však tepelná vodivosť prudko zvýšila a skóre ZT kleslo na hodnotu 1,2. V roku 2016 skupina výskumníkov z Northwestern University zistila zdroj problému: okolo jednotlivých zŕn polykryštalického selenidu cínu sa pred lisovaním do zliatkov vytvára ultratenký povlak z oxidu cínu. Ten fungoval ako rýchly pruh pre teplo, ktoré putovalo materiálom zo zrna na zrno.

Kanatzidis a jeho kolegovia v novej štúdii, publikovanej v časopise Nature Materials, prišli na to, ako využiť teplo na odvádzanie kyslíka z práškových prekurzorov, pričom zostane nedotknutý polykryštalický selenid cínu. Výsledkom bola nielen tepelná vodivosť pod hodnotou monokryštalického selenidu cínu, ale aj ZT 3,1. Otvára to dvere pre nové zariadenia vyrábané z polykryštalických peliet selenidu cínu. Polykryštalický selenid cínu, ktorý tím vyrába, je obohatený o atómy sodíka, čím vzniká materiál známy ako materiál typu p, ktorý vedie pozitívne náboje.

Na výrobu funkčných zariadení potrebujú vedci aj verziu typu n na vedenie záporných nábojov. Čínsky výskumný tím z univerzity Beihang, ktorý viedol Li-Dong Zhao, nedávno oznámil, že vyrobil monokryštál selenidu cínu typu n tak, že ho obohatil o atómy brómu. Kanatzidisova skupina teraz pracuje na vytvorení polykryštalickej verzie typu n. Po spárovaní zariadení zo selenidu cínu typu n a p by vedci mohli vytvoriť novú generáciu vysokoúčinných termoelektrických generátorov. Tie môžu byť inštalované kdekoľvek od výfukov automobilov až po ohrievače vody a priemyselné pece, aby zachytili 65 % energie z fosílnych palív, ktorá sa likviduje ako odpadové teplo.

Zdroj: sciencemag.org.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

2 komentáre

Lol reakcia na: Nový materiál premieňa odpadové teplo na elektrickú energiu. A je aj lacný

8.11.2021 20:11
Vau,revolucia.... Skoda ze doteraz neexistovalo nieco ako ptc modul :D
Reagovať

RE: Lol reakcia na: Lol

14.11.2021 06:11
Naozaj, objavili peltiérov článok. Smejem sa statne. Kedy sa ten produkt znova dostane na trh, a kedy ho znova pochovajú ako napríklad palivové články vyrábajúce elektrinu z etanolu?
Reagovať

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať