Ученые создали материал для "вечной" батарейки

Сотрудники Центра энергоэффективности НИТУ "МИСиС" разработали экономичный и быстрый способ изготавливать материал, из которого делают высокоэффективные термоэлектрические генераторы для космических аппаратов. Такой материал способен напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую.

Сотрудник Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» Андрей Воронин на фоне установки электроискрового спекания
 

Эффект преобразования тепловой энергии в электрическую обнаружил еще в 1821 году немецкий физик Томас Зеебек. Однако технологии, позволяющие использовать эффект Зеебека в промышленных масштабах, до сих пор далеки от совершенства. Тем не менее термоэлектрические материалы уже активно используются в энергетике и холодильных установках, работающие от тепла радиоактивного распада термоэлектрогенераторы установлены на таких всемирно известных космических аппаратах, как Cassini и New Horizons. На том же принципе работает электрогенератор марсохода Curiosity.

Есть и более приземленные примеры: например, ведутся разработки теплоэлектрогенераторов, способных повысить эффективность различных видов электростанций, есть примеры получения электроэнергии от тепла, передаваемого через элементы выхлопной системы автомобиля.

Полученные в НИТУ "МИСиС" термоэлектрические материалы сочетают в себе два вида атомов: жестко закрепленные в узлах кристаллической решетки, что обеспечивает высокую электропроводность, и свободно колеблющиеся, что резко снижает теплопроводность, потому что слабо связанные с кристаллическим каркасом атомы эффективно рассеивают тепло. Такого сочетания удалось добиться за счет создания интерметаллидов, кристаллическая структура которых содержит пустоты. Заполняя их "гостевыми" атомами без нарушения кристаллической решетки, ученые и получают необходимое сочетание свойств.

"Нам удалось решить проблему за счет использования индия в качестве заполнителя и подбора исходного соотношения металлов, которое позволило синтезировать нужный термоэлектрический состав в открытом реакторе, – рассказывает член научной группы, сотрудник Центра энергоэффективности НИТУ "МИСиС" Андрей Воронин. – Благодаря такому подходу мы смогли провести синтез в открытом реакторе всего за две минуты с последующим отжигом получившегося образца в течение пяти часов. Сочетание используемого материала и особенностей синтеза ускорило процесс создания в несколько десятков раз, что также сказывается и на стоимости получения таких материалов. При этом достигнутые значения термоэлектрической эффективности ZT = 1,5 стали рекордными для скуттерудитов с одним видом "гостевых" атомов". 

Сотрудник Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» Андрей Воронин на фоне установки электроискрового спекания. 

Как говорят авторы новой работы, предложенные ранее схемы получения термоэлектрических материалов были намного более дорогими и длительными.

По материалам Journal of Materials Chemistry A и РИА Новости.

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
1    0