20 окт 2023 250

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.

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.

— 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.