A rendezetlenségben rejlik a termoelektromosság kulcsa

A Nothwestern kutatói pár nátrium atom és stroncium-tellurid nanokristály integrálása révén, valamint néhány repedés hozzáadásával világrekorder hatásfokú termoelektromos anyagot hoztak létre.

A rendezetlenségben rejlik a termoelektromosság kulcsa

A laptop-tulajdonosok és az autószerelők egyaránt tisztában vannak vele, hogy bármiféle befektetett munka során jelentős mértékű mellékterméket jelent a keletkező hő. A hőerőművek esetében például csak a keletkező energia egyharmadából lesz elektromos áram, a többi egyszerűen a turbinák megforgatása nélkül elszivárog.

A fizikusok évtizedek óta próbálkoznak azzal, hogy a hőt közvetlenül elektromossággá alakítsák. Az úgynevezett termoelektromos anyagokban hőmérsékleti különbség hatására elektronáramlás indul be, így feszültség keletkezik, ami aztán különböző célokra felhasználható. A Curiosity marsjáró energiaellátását is egy ezen az elven működő radioizotópos termoelektromos generátor (RTG) biztosítja, ez a radioaktív izotópok természetes bomlásából származó hőt alakítja elektromos árammá. Az RTG-ket előszeretettel alkalmazzák a Naptól távolra küldött űrszondák energiával való ellátására, ha nincs elegendő fény a napelemekkel való energiatermelésre.

A termoelektromos eszközök azonban nem működnek elég magas hatásfokkal ahhoz, hogy széles körben használhatóak legyenek. A jelenlegi rendszerek mindössze a termelődő hő 5–7 százalékát alakítják át elektromossággá, így sokkal rosszabb hatásfokkal dolgoznak, mint például a kereskedelmi forgalomban kapható napelemek.

Hatékonyabb termoelektromos rendszerek megalkotásához olyan alapanyagokra van szükség, amelyek az áramot vezetik, a hőt viszont nem. Mercouri Kanatzidis, a Northwestern Egyetem vegyésze szerint a titok nyitja abban rejlik, hogy rendezetlenné kell tenni az anyagok szerkezetét. A kutató és kollégái az egyik legismertebb termoelektromos anyaggal, az ólom-telluriddal kezdték a munkát, amely normális esetben szabályos kristályrácsba rendeződik. A szakértők pár nátrium atomot adtak a struktúrához, hogy fokozzák annak vezetőképességét, majd stroncium-tellurid nanokristályokat integráltak a rácsszerkezetbe, amelyek szintén termoelektromos tulajdonságokkal bírnak. A nanokristályok nem akadályozták az elektronok szabad áramlását, viszont az általuk befolyásolt rövid szakaszokon megállították a hő terjedését.

A végső lépés hő terjedésének nagyobb léptékekben történő megállítása volt, ehhez az immár sokkal kevésbé rendezett termoelektromos kristály fizikai roncsolásába kezdtek. A keletkező repedéseken az elektronok át tudtak kelni, a hő viszont nem. Az anyag termoelektromos hatásfoka így 15 százalékra, tehát az eredeti duplájára nőtt. Kanatzidis szerint az általuk kifejlesztett anyag két-három éven belül készen állhat a használatra, és remélhetőleg a termoelektromos rendszerek szélesebb körben való elterjedéséhez vezethet. 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward