» Возможно скоро будет внедрена технология термоэлектрической выработки электроэнергии при комнатной температуре
28.12.2017 16:17

Возможно скоро будет внедрена технология термоэлектрической выработки электроэнергии при комнатной температуре

Источник перевод для gearmix ()

Термоэлектрические материалы (ТЕ) могут сыграть ключевую роль в будущих технологиях. Хотя применение этих замечательных соединений давно изучено, их в основном используют в высокотемпературных устройствах. Недавно исследователи из Университета Осаки в сотрудничестве с Hitachi, Ltd., разработали новый материал TE с улучшенным коэффициентом мощности при комнатной температуре.

Подпись к изображениюТрехмерная кристаллическая структура YbSi2, (b) вид вдоль оси a и (c) вдоль оси c.

Материалы TE демонстрируют термоэлектрический эффект: если подавать тепло с одной стороны, то начинает протекать электрический ток. И, наоборот, при пропускании тока через устройство, образуется градиент температуры; т.е. одна сторона становится более горячей, чем другая. Благодаря взаимному преобразованию тепла и электричества материалы TE могут использоваться как в качестве генераторов (при наличии источника тепла), так и в холодильниках (при наличии источника питания).

Идеальный материал TE сочетает в себе высокую электропроводность с низкой теплопроводностью, что предотвращает выравнивание температурного градиента. Производительность генерации энергии в основном зависит от «коэффициента мощности», который пропорционален как электропроводности, так и коэффициенту Зеебека.

К сожалению, большинство материалов TE часто изготавливаются из редких или токсичных химических элементов. Чтобы решить эту проблему, исследователи объединили кремний, который является обычным в материалах ТЕ, с иттербием, для создания силицида иттербия [YbSi 2].

Соединения иттербия являются хорошими электрическими проводниками, к тому же YbSi не токсичен. Кроме того, это соединение имеет специфическое свойство валентных флуктуации, которые делают его хорошим материалом для ТЕ при низких температурах.

Первое преимущество YbSi 2 состоит в том, что атомы Yb имеют сразу два валентных состояний, как +2, так и +3. Эта флуктуация, также известная как резонанс Кондо, увеличивает коэффициент Зеебека при сохранении металлической высокой электропроводности при низкой температуре, что увеличивает коэффициент мощности.

Во-вторых, YbSi 2 имеет необычную слоистую структуру. В то время как атомы Yb занимают кристаллографические плоскости, похожие на чистый металл Yb, атомы Si образуют гексагональные листы между этими плоскостями, похожими на углеродные листы в графите. Это блокирует теплопроводность материала и, следовательно, сохраняя температурный градиент. Исследователи полагают, что теплопроводность дополнительно подавляется путем контроля структуры в наномасштабе и следами примесей и других дефектов.

Результатом является ободряюще высокий коэффициент мощности 2,2 мВт -1 К -2 при комнатной температуре. Это конкурирует с обычными материалами ТЕ на основе теллурида висмута.



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Понравилась статья?
Поделись с друзьями!

x

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *