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
Турецкие археологи обнаружили затерянный мост, способный переписать всю раннюю историю человечества
Оказалось, что научная сенсация все это время... валялась у ученых буквально под ногами...
Эксперты говорят: изобретение ученых из Перми решает одну из самых серьезных и опасных проблем в современной авиации
Американцы потратили на это десятки лет и миллиарды долларов, но открытие сделали в России...
ДНК из ниоткуда: 6000-летние останки в Колумбии ни с кем совпадают по генам. Вообще.
Если у этих людей нет ни предков, ни потомков, то кто они такие?...
В самом большом кратере Луны происходит что-то очень странное
Поэтому астронавты планируют туда заглянуть в самое ближайшее время...
Секретные спутники Илона Маска заподозрили в использовании запрещенных сигналов
Что это значит для России и чем могут ответить наши военные?...
Археологи поражены: 404 тысячи лет назад «римляне» спокойно разделали гигантского слона... 3-сантиметровыми ножичками
Получается, что древние охотники могли справиться с самым большим животным в Европе буквально голыми руками?...
Ученые обнаружили на Кавказе «ужасного» хищника, способного дробить черепа с одного укуса
Почему же 400-килограммовый монстр, побеждавший медведей и саблезубых тигров, все-таки исчез с лица планеты?...
Египетская «Зона 51»: Почему власти полностью засекретили «четвертую пирамиду»?
С 60-х годов ХХ века на объект Завиет-эль-Эриан не попал ни один ученый. Что скрывают военные за колючей проволокой?...
«Черный ящик» раскрыл тайну летучей мыши, пожирающей птиц прямо в полете
Ученые совершенно не ожидали, что рукокрылый властелин ночного неба по свирепости и охотничьему мастерству даст фору даже соколам...
2700 дней понадобилось ученым, чтобы, наконец, раскрыть главную тайну гигантских скатов
Оказалось, что манты ныряют на 1250-метровую глубину вовсе не за едой и не спасаясь от хищников...
В ближайшие 100 лет Юпитер «выстрелит» в Землю как минимум 342 раза
Российские ученые рассчитали: ближайшее «прицеливание» состоится уже 2031 году. Что вообще нам ожидать?...
Мог ли великий художник Клод Моне видеть в ультрафиолетовом спектре, как пчела?
Историки уверены: после операции на глазах с французским живописцем стали происходит очень странные вещи...
Нападение акул, считавшихся абсолютно безобидными, вызвало шок у морских биологов
Кто виноват в этой ужасной трагедии? И почему эксперты говорят, что это только начало?...