Учените са разработили подходящ материал за използване в термоелектрически генератори, базиран на „аномален ефект на Нернст (ANE)“, който увеличава ефективността на генериране на напрежение многократно. Тези устройства могат да се носят удобно в гъвкави форми и размери за захранване на малки джаджи, като по този начин заменят батерии.
Термоелектрическият ефект включва взаимно преобразуване на топлинна енергия и електричество; наречен ефект на Зеебек, когато топлината се преобразува в електрически потенциал на кръстопътя на два различни метала и обратното се нарича ефект на Пелтие, т.е. преобразуване на електрически потенциал в генериране на топлина.
Топлината е в изобилие, а понякога отиват отпадъци, които могат да бъдат събрани за захранване на електрически устройства. В миналото са били положени много усилия за разработване на комерсиално жизнеспособна технология за събиране на топлина. Този, базиран на ефекта на Seebeck, не можа да види светлината на деня поради няколко ограничения.
По-малко известен феномен, наречен Аномален ефект на Нернст (ANE), т.е. прилагането на температурен градиент в магнитен материал генерира електрическо напрежение, перпендикулярно на топлинния поток и също така е било прилагано в миналото за събиране на топлина и нейното превръщане в електричество. Въпреки това, неговият потенциал е ограничен поради липса на подходящи нетоксични, лесно достъпни и евтини материали.
Търсенето на този правилен материал вече изглежда приключило! Изследователите наскоро съобщиха, че правят сплав, която е нетоксична, лесно достъпна, евтина и достатъчно ковка, за да бъде направена в тънки филми, за да отговаря на изискванията. Използвайки процеса на допинг, изследователите направиха Fe3Al или FE3Ga (75% желязо и 25% алуминий или галий). Когато се използва този материал, генерираното напрежение се увеличава 20 пъти.
Този новоразработен материал изглежда много обещаващ и може да се използва за проектиране на тънки и гъвкави материали, способни да събират отпадъчна топлина ефективно да се преобразува в електрическо напрежение, достатъчно адекватно за захранване малки устройства.
Откриването на този материал, който е точно по отношение на свойствата, може да бъде възможно поради наличието на високоскоростни, автоматизирани цифрови изчислителни технологии, ефективно преодоляване на ограниченията на някогашния метод за разработване на материали, базиран на „повторение“ и „усъвършенстване“ .
***
Източници:
1. Университет в Токио 2020. Съобщение за пресата. Изобилен елемент за захранване на малки устройства. Тънък генератор, базиран на желязо, използва отпадна топлина, за да осигури малки количества енергия. Публикувано на 28 април, 28 април 2020 г. Предлага се онлайн на адрес https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html Посетен на 08 май 2020 г.
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. Бинарни феромагнити на желязо за напречно термоелектрично преобразуване. Природа 581, 53–57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
***
