211service.com
Efficiëntere thermo-elektriciteit
Door de elektronische eigenschappen van een gewoon thermo-elektrisch materiaal te verbeteren, een type halfgeleider dat warmte omzet in elektriciteit, hebben onderzoekers de prestaties verdubbeld, waardoor het praktischer is voor het opwekken van elektriciteit uit afvalwarmte, zoals die wordt geproduceerd in energiecentrales en automotoren.
Elektrische verwarming: Een klein monster van een nieuw materiaal voor het omzetten van warmte in elektriciteit is bevestigd aan elektronische leidingen en een kleine verwarming om te testen.
Thermo-elektriciteit wordt niet veel gebruikt om elektriciteit op te wekken omdat ze duur en inefficiënt zijn. Om de efficiëntie te verhogen, hebben de onderzoekers, waaronder: Joseph Heremans , een professor in werktuigbouwkunde en natuurkunde aan de Ohio State University, voegde sporenhoeveelheden thallium toe aan loodtelluride, een thermo-elektrisch materiaal dat al tientallen jaren elektriciteit opwekt aan boord van ruimtesondes. Het toegevoegde thallium verdubbelde het vermogen van het materiaal om warmte om te zetten in elektriciteit door de spanning die het produceert te verhogen. Heremans zegt dat de verbeterde efficiëntie zich zou kunnen vertalen in een 10 procent hoger brandstofverbruik van auto's als de apparaten worden gebruikt om dynamo's in auto's te vervangen door elektriciteit op te wekken uit de hitte in de uitlaat. De nieuwe materialen worden beschreven in de uitgave van het tijdschrift van deze week Wetenschap .
Het nieuwe werk is om verschillende redenen belangrijk, zegt bende chen , een professor werktuigbouwkunde aan het MIT die niet bij het werk betrokken was. Ten eerste is het een behoorlijk indrukwekkende toename van de efficiëntie van een soort thermo-elektrisch materiaal, zegt hij. Conventionele loodtelluride thermo-elektrische apparaten zetten ongeveer 6 procent van de energie in warmte om in elektriciteit. Als het eenmaal is ingebouwd in een thermo-elektrische generator, kan het efficiëntere met thallium versterkte materiaal dit verhogen tot 10 procent, als rekening wordt gehouden met verliezen, zoals die van het maken van elektrische verbindingen.
Belangrijker, zegt Chen, is dat het werk van Heremans onderzoekers een nieuwe manier geeft om thermo-elektrische materialen te verbeteren die de efficiëntie van een grote verscheidenheid aan experimentele materialen kunnen verhogen. Thermo-elektrische materialen zijn goede elektronische geleiders, maar slechte thermische geleiders: het warmteverschil in het materiaal verklaart grotendeels de thermo-elektrische eigenschappen. Bijna alle recente verbeteringen aan thermo-elektrische materialen - en er zijn de afgelopen jaren aanzienlijke verbeteringen geweest - hebben geleid tot een afname van hun thermische geleidbaarheid. Heremans en zijn collega's hebben een andere aanpak geprobeerd, waarbij de spanning die de materialen creëren, wordt verhoogd. Dat wil zeggen, zegt Heremans, we laten de elektronen meer werk doen.
Technieken die worden gebruikt om de thermische geleidbaarheid te verminderen, kunnen worden gebruikt als aanvulling op de nieuwe technieken die door Heremans en zijn collega's zijn ontwikkeld. Daarmee zouden de onderzoekers de prestaties van de materialen opnieuw kunnen verdubbelen, stelt Heremans. En dat zou op zijn beurt thermo-elektrische apparaten gaan concurreren met conventionele generatoren, zegt Jeffrey Snyder , een materiaalwetenschappelijk onderzoeker bij Caltech en een van de andere onderzoekers die betrokken zijn bij de Wetenschap papier.
Een nadeel van de nieuwe materialen is dat thallium extreem giftig is, dus het zou veiligheidsmaatregelen vereisen tijdens de productie en verwijdering. (Tijdens gebruik zijn de materialen ingekapseld en vormen daarom minder gevaar.) Heremans zegt echter dat de apparaten uit oude auto's kunnen worden verwijderd en op nieuwe kunnen worden geplaatst, omdat ze gemakkelijk de levensduur van meerdere voertuigen kunnen meegaan, waardoor afval wordt verminderd problemen.
Heremans is optimistisch dat de nieuwe materialen snel gecommercialiseerd kunnen worden, aangezien ingenieurs al jaren ervaring hebben met het werken met loodtelluride. Hij zegt dat de eerste producten, waarschijnlijk thermo-elektrische generatoren die uitlaatgassen van auto's omzetten in elektriciteit, over drie tot vier jaar klaar zouden kunnen zijn.