Исследовательская группа показала, что термоэлектрические преобразователи представляют собой перспективный путь для устойчивого преобразования тепла в энергию.
Японские исследователи создали новую систему, способную преобразовывать отработанное тепло в электричество. Новый перспективный материал, смешанный полуметалл MoSi2, может быть использован для разработки эффективных термоэлектрических устройств.
«Мы хотели исследовать новые поперечные термоэлектрические материалы. Недавно было установлено, что наличие зависящей от оси полярности проводимости (ADCP) в материале является индикатором способности к генерации поперечных термоэлектрических элементов», — объясняет доктор Оказаки.
«Смешанные металлопроводники, такие как MoSi2, являются потенциальными кандидатами для использования в качестве ADCP, но их способность к генерации термоэлектрической энергии еще не была тщательно исследована».
Термоэлектрические преобразователи открывают перспективный путь для преобразования тепла в энергию.
Исследовательская группа показала, что термоэлектрические преобразователи представляют собой перспективный путь для устойчивого преобразования тепла в энергию.
Они особенно привлекательны для рекуперации энергии из отработанного тепла, например, выделяемого обычными двигателями, работающими на ископаемом топливе, что повышает их общую энергоэффективность.
В промышленности около 20-50% потребляемой энергии теряется в виде отработанного тепла. Это тепло можно использовать в качестве источника с помощью термоэлектрических преобразователей.
Согласно пресс-релизу, эти устройства также потенциально могут обеспечить портативную генерацию электроэнергии, например, для питания небольших датчиков в удаленных местах.
Термоэлектрический транспорт дисилицида молибдена MoSi2
В исследовании, опубликованном в журнале Communications Materials, сообщается, что исследовательская группа изучила термоэлектрический транспорт дисилицида молибдена MoSi2 и обнаружила, что MoSi2 является идеальным поперечным термоэлектрическим материалом, не требующим магнитного поля.
Экспериментальные исследования и расчеты из первых принципов подтверждают, что MoSi2 демонстрирует зависимую от оси полярность проводимости (ADCP) как в коэффициентах Зеебека, так и в коэффициентах Холла.
«Расчеты электронной зонной структуры и последующие расчеты проводимости Пельтье показывают, что смешанные по размерности поверхности Ферми играют решающую роль в возникновении ADCP», — заявили исследователи в своем исследовании.
Команда исследователей сообщила, что они измерили транспортные свойства MoSi2, используя как экспериментальные данные, так и расчеты из первых принципов.
В частности, они исследовали температурную зависимость удельного сопротивления и теплопроводности, а также продольной термоэлектрической мощности вдоль двух кристаллографических осей материала.
Измерения термоэлектрической мощности продемонстрировали четкую зависимость ADCP от времени, что было дополнительно подтверждено измерениями удельного сопротивления Холла.
В настоящее время большинство термоэлектрических устройств основаны на продольном термоэлектрическом эффекте, при котором электричество генерируется в том же направлении, что и тепловой поток.
Подобные устройства обычно состоят из чередующихся слоев полупроводников p- и n-типа, соединенных последовательно. Полупроводники p- и n-типа генерируют электричество в противоположных направлениях.
При возникновении разницы температур на устройстве носители заряда в этих материалах перемещаются с горячей стороны на холодную, генерируя напряжение. Однако, как указано в пресс-релизе, многослойность увеличивает электрическое контактное сопротивление на границах раздела, что приводит к потерям энергии и ограничивает общую эффективность.
Команда исследователей отметила, что использование тонкой пленки MoSi2 в качестве идеального материала для термоэлектрических преобразователей позволяет покрыть большую площадь источника тепла для выработки напряжения.
В целом, это исследование представляет собой новое направление в поиске материалов для термоэлектрических преобразователей, открывая путь к эффективным системам утилизации отработанного тепла для более экологичного будущего.
Sourse: interestingengineering.com
