Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα κλιμακούμενη οδό για τη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η νέα βιώσιμη ανακάλυψη
Το οικολογικό, υψηλής απόδοσης θερμοηλεκτρικό υλικό, που αναπτύχθηκε από το Κορεατικό Ινστιτούτο Χημικής Τεχνολογίας (KRICT), βασίζεται στο σεληνιούχο άργυρο (Ag₂Se) και κατασκευάζεται υπό σημαντικά ηπιότερες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης από τις συμβατικές μεθόδους. Οι ερευνητές αποκάλυψαν επίσης ότι το θερμοηλεκτρικό (TE) υλικό μπορεί να μετατρέψει απευθείας τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια και αντίστροφα.
Τα θερμοηλεκτρικά υλικά προσελκύουν σημαντική προσοχή
Τέτοια υλικά προσελκύουν σημαντική προσοχή ως βασικές ενεργειακές τεχνολογίες για εφαρμογές όπως η ηλεκτρονική ψύξη και η ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας. Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε ότι χρησιμοποίησε σεληνιούχο άργυρο (Ag₂Se), ένα υλικό που αποτελείται από σχετικά άφθονα στοιχεία (Ag και Se), προσφέροντας μια απλούστερη και πιο φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση.
Η ομάδα συνέθεσε νανοσωματίδια Ag₂Se μέσω μιας διαδικασίας που βασίζεται σε διάλυμα και εισήγαγε περίσσεια σεληνίου για να σχεδιάσει μια σύνθεση πλούσια σε Se (Ag₂Se₁.₂). Μέσω μιας απλής διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας, κατασκεύασαν με επιτυχία ένα πυκνό θερμοηλεκτρικό υλικό.
Εφαρμοστέο σε συστήματα παραγωγής ενέργειας μικρής κλίμακας
Αυτή η τεχνολογία αναμένεται να εφαρμοστεί σε συστήματα παραγωγής ενέργειας μικρής κλίμακας που μετατρέπουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια σε βιομηχανικές διεργασίες, κέντρα δεδομένων και ηλιακά θερμικά συστήματα. Μακροπρόθεσμα, είναι επίσης πολλά υποσχόμενη ως πηγή ενέργειας για φορητές συσκευές IoT και αισθητήρες υγειονομικής περίθαλψης, σύμφωνα με δελτίο τύπου.
«Το βασικό επίτευγμα είναι η υλοποίηση θερμοηλεκτρικών υλικών υψηλής απόδοσης χωρίς πολύπλοκες προσμείξεις ή διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης», δήλωσε η ερευνητική ομάδα.
Ο βασικός μηχανισμός έγκειται στην αξιοποίηση του σχετικά χαμηλού σημείου τήξης του σεληνίου. Κατά την ανόπτηση, το σελήνιο μεταβαίνει σε υγρή φάση και διεισδύει στα κενά μεταξύ των σωματιδίων μεταξύ των κόκκων Ag₂Se, προωθώντας την ανάπτυξη και την πύκνωση των κόκκων με τη βοήθεια υγρής φάσης. Αυτή η διαδικασία ενισχύει τη συνδεσιμότητα των κόκκων ενώ μειώνει το πορώδες, με αποτέλεσμα βελτιωμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα και κατασταλμένη θερμική αγωγιμότητα πλέγματος, σύμφωνα με την έκδοση.
«Σε πειράματα, το Ag2Se1.2 παρουσίασε υψηλό συντελεστή ισχύος και μειωμένη θερμική αγωγιμότητα πλέγματος, οδηγώντας σε μέγιστο ποσοστό αξίας 0,927 στους 393 K. Η προσαρμοστικότητα του Ag2Se1.2 στο σχήμα επιτρέπει επίσης την κατασκευή κυλινδρικών θερμοηλεκτρικών γεννητριών με σταθερή τάση εξόδου και ισχύ σε διάφορες διαφορές θερμοκρασίας», δήλωσαν οι ερευνητές στη μελέτη.
Στόχος της έρευνας
Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε επίσης ότι η στρατηγική τους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική προσέγγιση για τη βελτίωση όχι μόνο των θερμοηλεκτρικών και μηχανικών επιδόσεων του Ag2Se, αλλά και της εφαρμογής του σε καμπύλες ή εύκαμπτες συσκευές συλλογής ενέργειας. Επιπλέον, το υλικό παρουσίασε περισσότερες από διπλάσιες βελτιώσεις στην αντοχή σε θλίψη και το μέτρο ελαστικότητας Young, επιτρέποντας ισχυρή μηχανική απόδοση και εφαρμογή σε σύνθετες ή καμπύλες γεωμετρίες συσκευών.
Η ομάδα δήλωσε επίσης ότι τα θερμοηλεκτρικά υλικά λειτουργούν με βάση δύο κύριες αρχές: το φαινόμενο Peltier, όπου το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί θέρμανση ή ψύξη, και το φαινόμενο Seebeck, όπου η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από μια θερμοκρασιακή διαβάθμιση.
www.worldenergynews.gr
