Химики нашли нетоксичный термоэлектрический материал для комнатной температуры

Химики нашли нетоксичный термоэлектрический материал для комнатной температуры

Японские химики обнаружили, что нетоксичный силицид иттербия обладает термоэлектрическими свойствами при комнатной температуре. Благодаря высокому коэффициенту мощности такой материал может составить конкуренцию другим материалам на основе теллуридов и селенидов различных металлов, пишут ученые в Physica Status Solidi RRL.

С помощью термоэлектрических материалов разницу температур можно преобразовывать в электрическое поле, причем в обоих направлениях. При неравномерном нагревании в таком материале возникает разность потенциалов, что можно использовать для получения электроэнергии. А если приложить к нему электрическое напряжение, в кристалле появится разница температур, поэтому такой материл можно применять и для охлаждения. Однако большая часть термоэлектрических материалов проявляет свои свойства только при довольно высоких температурах, а те немногие, которые способны эффективно преобразовывать тепло в электроэнергию при температурах, близких к комнатной, содержат токсичные компоненты (сейчас наиболее эффективными термоэлектриками при комнатной температуре являются теллуриды висмута и свинца Bi2Te3 и PbTe, а также селенид олова SnSe).

Группа японских материаловедов под руководством Кена Куросаки (Ken Kurosaki) из Осакского университета изучила термоэлектрические свойства одного из потенциально эффективных нетоксичных термоэлектриков — силицида иттербия YbSi2 — и обнаружила, что по своим свойствам он практически не уступает рекордсменам по коэффициенту мощности и коэффициенту термо-ЭДС.

Силицид иттербия имеет слоистую структуру, и иттербий в нем имеет смешанную степень окисления Yb+2/Yb+3. Благодаря смешанной валентности в материале удается совмещать высокую электропроводность и высокий коэффициент термо-ЭДС. А слоистая структура материала обеспечивает необходимую низкую теплопроводность. Такое сочетание параметров приводит к высокому значению коэффициента мощности при комнатной температуре (2.2 милливатта на квадратный кельвин на метр). Это значение соизмеримо с величинами коэффициентов мощности для наиболее эффективных материалов (у селенида олова, например, коэффициент мощности составляет 4 милливата на квадратный кельвин на метр).
Ученые показали, что как термоэлектрогенератор силицид иттербия может эффективно работать в диапазоне от комнатной температуре до 200 градусов Цельсия, поэтому уже в ближайшее время он может быть использован в реальных устройствах при относительно низких температурах.

Использовать термоэлектрогенераторы для получения электроэнергии современные разработчики иногда предлагают в довольно необычных конфигурациях. Например, с помощью краски на основе термоэлектрических материалов корейские ученые предложили вырабатывать электричество, используя остаточное тепло с поверхностей зданий или автомобилей. А другая группа исследователей разработала устройство на основе термоэлектрогенератора для зарядки смартфонов от пламени свечи.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>