211service.com
Mere effektiv termoelektrik
Ved at forbedre de elektroniske egenskaber af et almindeligt termoelektrisk materiale - en type halvleder, der omdanner varme til elektricitet - har forskerne fordoblet dens ydeevne, hvilket gør det mere praktisk til at generere elektricitet fra spildvarme som den, der produceres i kraftværker og bilmotorer.
Elektrisk varme: En lille prøve af et nyt materiale til omdannelse af varme til elektricitet er knyttet til elektroniske ledninger og en lille varmelegeme til test.
Termoelektrik er ikke blevet brugt i vid udstrækning til at generere elektricitet, fordi de er dyre og ineffektive. For at øge effektiviteten skal forskerne bl.a Joseph Heremans , professor i maskinteknik og fysik ved Ohio State University, tilføjede spormængder af thallium til blytellurid, et termoelektrisk materiale, der har genereret elektricitet ombord på dybe rumsonder i årtier. Det tilsatte thallium fordoblede materialets evne til at omdanne varme til elektricitet ved at øge den spænding, det producerer. Heremans siger, at den forbedrede effektivitet kan udmønte sig i en stigning på 10 procent i bilers brændstoføkonomi, hvis enhederne bruges til at erstatte generatorer i biler ved at generere elektricitet fra varmen i udstødningen. De nye materialer er beskrevet i denne uges udgave af tidsskriftet Videnskab .
Det nye arbejde er vigtigt af flere grunde, siger Gang Chen , en professor i maskinteknik ved MIT, som ikke var involveret i arbejdet. For det første er det en ganske imponerende stigning i effektiviteten af én slags termoelektrisk materiale, siger han. Konventionel bly-tellurid termoelektrik omdanner omkring 6 procent af energien i varme til elektricitet. Når først det er inkorporeret i en termoelektrisk generator, kan det mere effektive thallium-forstærkede materiale øge dette til 10 procent, når tab, såsom dem fra at lave elektriske forbindelser, tages i betragtning.
Endnu vigtigere, siger Chen, Heremans' arbejde giver forskere en ny måde at forbedre termoelektriske materialer, der kan øge effektiviteten af en lang række eksperimentelle materialer. Termoelektriske materialer er gode elektroniske ledere, men dårlige termiske ledere: varmeforskellen i materialet er i høj grad årsag til de termoelektriske egenskaber. Næsten alle de seneste forbedringer af termoelektriske materialer - og der har været betydelige forbedringer i de sidste par år - er kommet med et fald i deres termiske ledningsevne. Heremans og hans kolleger har prøvet en anden tilgang, der øger spændingen, som materialerne skaber. Det vil sige, siger Heremans, at vi får elektronerne til at udføre mere arbejde.
Teknikker, der anvendes til at reducere den termiske ledningsevne, kunne bruges til at komplementere de nye teknikker udviklet af Heremans og hans kolleger. Det ville give forskerne mulighed for at fordoble materialernes ydeevne endnu en gang, foreslår Heremans. Og det vil igen begynde at gøre termoelektriske enheder konkurrencedygtige med konventionelle generatorer, siger Jeffrey Snyder , en materialevidenskabsforsker ved Caltech og en af de andre forskere, der er involveret i Videnskab papir.
En ulempe ved de nye materialer er, at thallium er ekstremt giftigt, så det ville kræve sikkerhedsforanstaltninger under fremstilling og bortskaffelse. (Under brug er materialerne indkapslet og udgør derfor mindre fare.) Men Heremans siger, at anordningerne kunne fjernes fra gamle biler og sættes på nye, da de nemt kan holde i flere køretøjers levetid, hvilket mindsker affaldsbortskaffelsen. problemer.
Heremans er optimistisk om, at de nye materialer hurtigt kan kommercialiseres, da ingeniører allerede har mange års erfaring med at arbejde med blytellurid. Han siger, at de første produkter, sandsynligvis termoelektriske generatorer, der omdanner biludstødning til elektricitet, kunne være klar om tre til fire år.