Гігантський автономний гідролітак знизить в 2 рази вартість трансокеанських авіаперевезень
6 Січня , 2018
Компанія Nissan демонструє інтерфейс мозок-комп’ютер, що дозволяє передбачити дії водія
6 Січня , 2018

Термоелектричні генератори, що працюють при кімнатній температурі, скоро стануть реальністю?

Термоелектричні генератори вже давно розглядаються як перспективні технології, що підходять для перетворення в електричну енергію тепла, яке просто викидається в навколишнє середовище з вихлопними газами автомобілів або промисловими підприємствами. Незважаючи на безліч досліджень, проведених у даному напрямку, створені термоелектричні генератори є пристроями, що працюють при досить високих температурах. Однак, нещодавно, дослідники з університету Осаки, спільно з інженерами компанії Hitachi, Ltd., розробили новий матеріал з досить високими термоелектричними параметрами і ефективністю роботи при кімнатній температурі.

Термоелектричні генератори, виготовлені зі спеціальних матеріалів, які виробляють електричний струм в разі, якщо їх одна сторона нагріта сильніше, ніж інша. Крім цього, термоелектричний ефект може працювати і у зворотний бік, регулюючи електричний струм через матеріал, що подається від зовнішнього джерела, можна підтримувати заданий температурний градієнт між сторонами матеріалу. Всі термоелектричні матеріали володіють досить високою електричною провідністю, плюс низькою теплопровідністю, що не допускає довільного вирівнювання температурного градієнта. Ефективність роботи термоелектричного матеріалу виражається значенням параметра, що називається коефіцієнтом потужності, який пропорційний електричній, тепловій провідності і константі, що називається коефіцієнтом Сібека (Seebeck coefficient).
“На жаль, до складу більшості термоелектричних матеріалів входять рідкісні і дорогі або токсичні елементи”, – пишуть дослідники, – “Ми ж об’єднали звичайний і поширений кремній з ітербієм, отримавши силіцид ітербій (YbSi2). Ми зробили вибір на користь ітербію по декільком причинам. По-перше, більшість його сполук добре проводять електрику, по-друге, силіцид ітербію є нетоксичним матеріалом. Крім цього, матеріал володіє унікальною властивістю, яка називається коливаннями валентності, що робить його ефективним термоелектричним матеріалом при нормальній температурі навколишнього середовища”.
Частина атомів ітербію, що входять до складу YbSi2, мають валентність +2, а інша частина – +3. При цьому, в матеріалі постійно відбувається “коливальний ефект”,  – резонанс Кондо (Kondo resonance), коли валентність атомів починає змінюватись від одного значення до іншого і навпаки. Все це збільшує значення коефіцієнта Сібека і забезпечує досить сильний термоелектричний ефект при кімнатній температурі.

Ще однією перевагою YbSi2 є його незвичайна “шарувата” структура. Атоми ітербію формують кристалографічні площини, подібні тим, які існують у чистому металі. Атоми ж кремнію формують листи з шестикутною решіткою, які нагадують графіт, розташовані між кристалографічними площинами ітербію. Така структура ефективно пригнічує питому теплопровідність матеріалу, а ще більшого зменшення теплопровідності можна досягти шляхом додавання в матеріал дефектів, домішок і створення нанорозмірних структур.

В результаті всіх зусиль учених, новий матеріал демонструє високий коефіцієнт потужності 2.2 мВт/м-1K-2 при кімнатній температурі. Такий показник вже порівнянний з аналогічним показником найбільш ефективних термоелектричних матеріалів на основі токсичного телуриду вісмуту.

“Успішне використання ітербію демонструє, що шляхом відбору “правильних” матеріалів можна отримати необхідний набір параметрів, необхідних для забезпечення високої ефективності термоелектричного матеріалу” – розповідає Кен Куросакі (Ken Kurosaki), – “І термоелектричні генератори, виготовлені з таких матеріалів, дозволять нам зменшити втрати енергії, що виникають при повсякденному користуванні звичайними побутовими технологіями”.

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: 
Inline
Inline