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
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...
Древнеримский артефакт переписывает историю Америки: Колумб был не первым?
Почему находка из индейской могилы почти 100 лет вызывает ожесточенные споры среди археологов и историков?...
Еще раз об убийстве Андрея Боголюбского: что рассказали кости погибшего князя?
Профессор судебной медицины поправил историков и выявил неточности древних летописей...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
Жители Анд переписали свою ДНК: почему горные индейцы пьют ядовитую воду, но чувствуют себя при этом хорошо?
По словам ученых, эволюция сделала красивый и хитрый ход. И это не иммунитет к токсинам, а нечто другое, более интересное...
Ядерный взрыв на Луне: для чего советские ученые хотели провести такой грандиозный эксперимент?
Зачем России атомный реактор на Луне и как он поможет нам добраться до Венеры?...
Почему эти меры не спасут Антарктиду: пять проектов по спасению ледников оказались провалом
Эксперт жестко проанализировал самые популярные программы по сохранению льда на Шестом континенте. Увы, они оказались невыполнимой фантастикой, причем опасно...