Kaip nauja termoelektrinė medžiaga padės išsaugoti iššvaistomą energiją?

Mokslininkai Ilinojuje sukūrė naują termoelektrinę medžiagą, kuri efektyvumu lenkia visas ankstesnes alternatyvas. Termoelektrinės medžiagos, paprastai tariant, verčia šilumą elektrine energija, todėl jos puikiai tinka iššvaistomai energijai susigrąžinti.

Išgrynintas polikristalinis alavo selenidas © Northwestern University

Naujoji medžiaga – išgrynintas polikristalinis alavo selenidas. Tai – ypatingai efektyvi termoelektrinė medžiaga, kuri leistų padėti susigrąžinti iššvaistomą energiją. Žmogus negali sukurti visiškai efektyvios sistemos – visada bent dalis energijos yra iššvaistoma silumos pavidalu. Vidaus degimo variklis čia yra geras pavyzdys – dalis energijos, kuri turėtų būti panaudota ratų sukimui, virsta karščiu. Karštį išskiria ir elektriniai varikliai, elektronikos prietaisai, elektrinės, gamyklos.

Termoelektrinės medžiagos pasižymi aukštu laidumu elektrai, bet žemu laiduku šilumai. Kai viena tokios medžiagos pusė yra kaitinama, elektronai iš jos sprunka į vėsesnę pusę – taip kuriamas elektrinis krūvis. Termoelektrinių medžiagų efektyvumas yra žymimas raidėmis ZT. Prieš gerą dešimtmetį geriausios termoelektrinės medžiagos pasižymėjo nei 1 nesiekiančiu ZT skaičiumi. Dabar turime medžiagų, kurių ZT – 2,0-2,7. Tačiau niekas negali prilygti naujam išgrynintam polikristaliniam alavo selenidui, kurio ZT – 3,1.

Alavo selenidas jau kurį laiką naudojamas kaip termoelektrinė medžiaga. Anksčiau mokslininkai pasiekė, kad jo ZT pakiltų iki 2,6. Tačiau alavo selenidas yra labai trapus ir netinkamas pramoninei gamybai. Taigi, dabar mokslininkai sukūrė polikristalinės formos alavo selenidą, kurį lengviau gaminti ir pjaustyti.

Tyrimo pradžioje mokslininkai pastebėjo, kad jų polikristalinis alavo selenidas pasižymi aukštu laidumu šilumai. Ši savybė yra nesuderinama su geromis termoelektrinių medžiagų charakteristikomis. Tačiau tyrimas atskleidė, kad taip buvo dėl plono alavo oksido sluoksnio. Išgryninus medžiagą pasiektas rekordinė ZT vertė – 3,1.

Mokslininkai tęsia tyrimus, bet mano, kad ateityje polikristalinis alavo selenidas galės būti naudojamas įvairių prietaisų efektyvumui pagerinti. Polikristalinis alavo selenidas gali būti pigus, todėl tai gali būti termoelektrinių medžiagų paplitimo pradžia.