Инновационный термоэлектрический материал превращает тепло в электроэнергию с рекордной эффективностью

Инженеры Северо-Западного университета США разработали новый термоэлектрический материал на основе высокоочищенного селенида олова. Это наиболее эффективное из существующих на сегодняшний день веществ, способных преобразовывать тепло в электричество. Термоэлектрические системы генерируют

Инженеры Северо-Западного университета США разработали новый термоэлектрический материал на основе высокоочищенного селенида олова. Это наиболее эффективное из существующих на сегодняшний день веществ, способных преобразовывать тепло в электричество.

Термоэлектрические системы генерируют электроэнергию за счет разницы температур в разных частях материала. Она вызывает перемещение электронов из более теплой зоны в холодную, то есть создает электрический ток. Предполагается, что такие устройства позволят получать электричество из отходящего тепла, то есть выделяемого электростанциями, двигателями, электроникой или даже горячей посудой.

Термоэлектрические материалы должны обладать высоким коэффициентом Зеебека, отражающим эффективность преобразования температурного градиента в электричество, хорошей электропроводностью, низкой теплопроводностью и устойчивостью к большим температурам. Совокупность этих качеств выражается «термоэлектрической добротностью», обозначаемой как ZT.

В начале 2000-х годов существовали только материалы с ZT менее 1. Но уже в 2012 году был достигнут показатель 2,2, недавно — 2,7. А у разработки исследователей Северо-Западного университета ZT 3,1.

Изначально команда ученых работала с монокристаллическим селенидом олова, добротность которого удалось довести до 2,6. Чтобы устранить хрупкость материала, инженеры получили поликристаллическую форму вещества. Она прочнее и лучше поддается обработке, чем монокристаллы.

Однако при работе с поликристаллическом селенидом обнаружилась его высокая теплопроводность. Ее причиной оказался тонкий слой оксида олова, образующийся на поверхности материала. Использовав для получения соединения высокоочищенные исходные вещества и удалив оксидный слой, исследователи добились ZT 3,1.

Ученые надеются, что достижение позволит изготавливать более совершенные, чем нынешние, термоэлектрические генераторы.

«Это открывает двери для создания новых устройств на основе гранул поликристаллического селенида олова, способы использования которых уже изучены, — говорит автор-корреспондент исследования Меркури Канатзидис. — Подобные девайсы не так популярны, как солнечные батареи, и для наделения их хорошими показателями требуется преодолевать серьезные проблемы. Мы сосредоточены на разработке недорого и обладающего высокими характеристиками материала, который позволит термоэлектрическим системам найти более широкое применение».

Источник: northwestern.edu