Новый материал повысит эффективность переработки отработанного тепла в электричество
Ученые открыли способ проектирования материалов, который улучшает энергетическую эффективность. Это открытие может помочь в борьбе с климатическими изменениями, сделать производство более экологичным и даже устранить необходимость постоянной зарядки гаджетов.
Инновационное решение в области термоэлектрического преобразования энергии представляет собой новый способ использования ранее бесполезных источников отработанного тепла и преобразования их в электричество.
Термоэлектрические материалы могут превращать разницу в температуре в электричество. Исследователи из Университета Рединга обнаружили, что если в термоэлектрическом материале ионы двигаются внутри клеток, поток тепла начинает снижаться. Этот процесс позволяет поддерживать горячие и холодные стороны при различных температурах, в то время как электроны могут двигаться от горячей стороны к холодной, создавая электричество.

а) Графики передачи энергии для Cu12Sb4S13 и Cu14Sb4S13 при разных температурах. b) Удельное электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Аномалия при ≈90 К связана с кубическим фазовым переходом в тетрагональный. c) Расчетная зависимость передачи энергии ионов меди в Cu14Sb4S13 от температуры на основе МД-моделирования.
Обычно материалы с движущимися ионами разрушаются при таком производстве электричества. Однако материал, описанный в новом исследовании, не разрушается так легко и может позволить устройствам и генераторам превращать отработанное тепло в полезное электричество более эффективно, чем в существующих конструкциях.
— Паз Вакейро, доктор химического факультета Университета Рединга
Недавно сделанное открытие не просто шаг вперед в борьбе с климатическими изменениями. Оно может кардинальным образом изменить все технологии, которые окружают нас в повседневной жизни.
Сегодняшние термоэлектрические устройства и генераторы, несмотря на их высокую стоимость, уже нашли применение в специфических проектах — например, в космических зондах "Voyager" от NASA, отправленных в неизведанные просторы космоса за пределами нашей солнечной системы. Но новые технологии могут повлиять на такие повседневные гаджеты, как, например, умные часы.
Сейчас их ежедневно нужно заряжать, а в будущем они могут работать от тепла нашего собственного тела. Такой способ преобразования тепла в электричество может стать настоящим прорывом в медицине, где гаджеты контролируют состояние здоровья пожилых или тяжело больных пациентов.
Автомобили будущего могли бы использовать термоэлектрические генераторы для преобразования отработанного тепла в электроэнергию, заряжая аккумуляторы электрокаров и гибридных автомобилей. Это значительно увеличит их эффективность. Заводы, производящие стекло, сталь или цемент и создающие массу отработанного тепла, смогут преобразовать его в ценную энергию благодаря новым технологиям.
Инновационное решение в области термоэлектрического преобразования энергии представляет собой новый способ использования ранее бесполезных источников отработанного тепла и преобразования их в электричество.
Первые шаги на пути к безотходной генерации электричества
Термоэлектрические материалы могут превращать разницу в температуре в электричество. Исследователи из Университета Рединга обнаружили, что если в термоэлектрическом материале ионы двигаются внутри клеток, поток тепла начинает снижаться. Этот процесс позволяет поддерживать горячие и холодные стороны при различных температурах, в то время как электроны могут двигаться от горячей стороны к холодной, создавая электричество.
а) Графики передачи энергии для Cu12Sb4S13 и Cu14Sb4S13 при разных температурах. b) Удельное электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Аномалия при ≈90 К связана с кубическим фазовым переходом в тетрагональный. c) Расчетная зависимость передачи энергии ионов меди в Cu14Sb4S13 от температуры на основе МД-моделирования.
Обычно материалы с движущимися ионами разрушаются при таком производстве электричества. Однако материал, описанный в новом исследовании, не разрушается так легко и может позволить устройствам и генераторам превращать отработанное тепло в полезное электричество более эффективно, чем в существующих конструкциях.
Наше открытие сможет помочь найти решение проблемы глобального энергетического кризиса и поспособствовать в борьбе с климатическими изменениями. Приблизительно две трети вырабатываемой в мире энергии теряются в виде тепла. Превращение даже части этого отработанного тепла обратно в полезное электричество поможет обеспечить устойчивое энергоснабжение и сократить выбросы углерода. Предполагается, что к 2050 году Великобритании потребуется в два раза больше электричества, чем в 2020 году.
Потенциал подобных изобретений известен уже много лет, но существующие генераторы дорогие и не очень эффективные. Использование новой дешевой в эксплуатации термоэлектрической технологии может помочь преобразовать 48 тераватт-часов отработанного тепла, которое Великобритания производит каждый год, в электричество и поставит нас на путь к достижению нулевых выбросов карбона.
Потенциал подобных изобретений известен уже много лет, но существующие генераторы дорогие и не очень эффективные. Использование новой дешевой в эксплуатации термоэлектрической технологии может помочь преобразовать 48 тераватт-часов отработанного тепла, которое Великобритания производит каждый год, в электричество и поставит нас на путь к достижению нулевых выбросов карбона.
— Паз Вакейро, доктор химического факультета Университета Рединга
Зарядка от тепла человеческого тела
Недавно сделанное открытие не просто шаг вперед в борьбе с климатическими изменениями. Оно может кардинальным образом изменить все технологии, которые окружают нас в повседневной жизни.
Сегодняшние термоэлектрические устройства и генераторы, несмотря на их высокую стоимость, уже нашли применение в специфических проектах — например, в космических зондах "Voyager" от NASA, отправленных в неизведанные просторы космоса за пределами нашей солнечной системы. Но новые технологии могут повлиять на такие повседневные гаджеты, как, например, умные часы.
Сейчас их ежедневно нужно заряжать, а в будущем они могут работать от тепла нашего собственного тела. Такой способ преобразования тепла в электричество может стать настоящим прорывом в медицине, где гаджеты контролируют состояние здоровья пожилых или тяжело больных пациентов.
Автомобили будущего могли бы использовать термоэлектрические генераторы для преобразования отработанного тепла в электроэнергию, заряжая аккумуляторы электрокаров и гибридных автомобилей. Это значительно увеличит их эффективность. Заводы, производящие стекло, сталь или цемент и создающие массу отработанного тепла, смогут преобразовать его в ценную энергию благодаря новым технологиям.
- Алексей Павлов
- Advanced Materials (2023)
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...