Nový materiál prelomil rekord v premene tepla na elektrinu

0

Termoelektrické materiály menia teplo na elektrickú energiu. Množstvo energie, ktoré sa dá vygenerovať, sa meria hodnotou označovanou ZT. Doteraz najlepšie termoelektrické materiály mali ZT okolo 2,5 až 2,8. Vedci však vyvinuli materiál s hodnotou ZT 5 až 6. Je taký efektívny, že by sa dal použiť na zabezpečenie energie pre senzory alebo dokonca malé počítačové procesory.

Ide o tenkú vrstvu železa, vanádu, volfrámu a hliníka, nanesenú na kremíkový kryštál. Namiesto pripojenia na káble by tak mohli malé elektrické zariadenia generovať vlastnú elektrinu z rozdielov teplôt. „Dobrý termoelektrický materiál musí vykazovať silný Seebeckov efekt a musí spĺňať dve dôležité požiadavky, ktoré sa dajú ťažko zladiť,“ hovorí prof. Ernst Bauer z Ústavu fyziky pevných látok pri Technickej univerzite vo Viedni, ktorý spolu s kolegami nový materiál vyvinul. „Na jednej strane by mal čo najlepšie viesť elektrinu; na druhej strane by mal čo najhoršie prenášať teplo. Toto je problém, pretože elektrická vodivosť a tepelná vodivosť sú zvyčajne úzko spojené.“

Materiál vzniknutý z kombinácie železa, vanádu, volfrámu a hliníka má zvyčajne striktne pravidelne umiestnené atómy v tzv. kubickej mriežke, vzdialenosť medzi atómami je vždy rovnaká. No ak sa tenká vrstva tohto materiálu nanesie na kremík, štruktúra sa radikálne zmení a rozloženie rôznych typov atómov sa stáva úplne náhodným. Táto nepravidelnosť atómového usporiadania mení aj elektronickú štruktúru, ktorá určuje, ako sa elektróny pohybujú v pevnej látke.

„Elektrický náboj sa pohybuje materiálom zvláštnym spôsobom, takže je chránený pred procesmi rozptylu. Časti náboja, ktoré prechádzajú materiálom, sa označujú ako Weylove fermióny,“ hovorí Ernst Bauer. Týmto spôsobom sa dosiahne veľmi nízky elektrický odpor. Na druhej strane vibrácie mriežky, ktoré prenášajú teplo z miest s vysokou teplotou na miesta s nízkou teplotou, sú tlmené nepravidelnosťami v kryštálovej štruktúre. Preto tepelná vodivosť klesá.

Samozrejme, takáto tenká vrstva nemôže generovať obzvlášť veľké množstvo energie. Dala by sa však využiť napríklad na zabezpečenie energie pre senzory v oblasti internetu vecí, kde treba vzájomne prepojiť stále viac zariadení, aby automaticky koordinovali svoje správanie. To si bude vyžadovať veľa senzorov a podobných elektronických zariadení, ktorých napájanie zo siete by nebolo praktické. Bolo by oveľa šikovnejšie, keby senzory mohli generovať vlastnú energiu pomocou malého termoelektrického zariadenia. Nový materiál bol predstavený v časopise Nature.

Zdroj: sciencedaily.com.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články
elektrina energia veda vyskum technika

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať