Thermoelektrizität, auch Peltier-Seebeck-Effekt genannt, ist ein Zwei-Wege-Prozess, der aus der direkten Umwandlung von Temperaturunterschieden in elektrische Spannung und umgekehrt besteht. In den letzten 60 Jahren haben Wissenschaftler erfolglos Materialien erforscht, die Wärme effizient umwandeln könnenantreiben.
Jetzt neue Forschungsergebnisse des Massachusetts Institute of Technology MIT, veröffentlicht in Fortschritte in der Wissenschaft hat ein Material eingeführt, das das Potenzial der Thermoelektrizität erheblich steigern kann. Das neuartige Material ist fünfmal effizienter und könnte doppelt so viel Energie erzeugen wie die vielversprechendsten thermoelektrischen Materialien von heute.
Wildeste Träume werden wahr
„Wenn alles nach unseren wildesten Träumen funktioniert, werden plötzlich viele Dinge, für die wir derzeit zu ineffizient sind, effizienter“, sagte a Aussage , Hauptautor Brian Skinner, Postdoc im Forschungslabor für Elektronik des MIT.
„In den Autos von Menschen sehen Sie möglicherweise kleine thermoelektrische Rückgewinnungsgeräte, die die Abwärme, die Ihr Automotor abgibt, aufnehmen und zum Aufladen der Batterie verwenden. Oder diese Geräte können um Kraftwerke herum platziert werden, sodass Wärme, die früher von Ihnen verschwendet wurdeKernreaktor oder Kohlekraftwerk werden jetzt zurückgewonnen und in das Stromnetz eingespeist “, fügte Skinner hinzu.
Wie ein Material Energie erzeugt, hängt davon ab, wie sich seine Elektronen als Reaktion auf Temperaturänderungen verhalten. Bisher von Forschern untersuchte Materialien haben nur eine sehr begrenzte thermoelektrische Leistung erzeugt, da es besonders schwierig ist, Elektronen durch Wärme anzuregen.
Um dieses Problem zu lösen, wandten sich Skinner und sein Team topologischen Halbmetallen zu, neuen Materialien aus dem Labor, die eine Konfiguration aufweisen, mit der erhitzte Elektronen leicht in höhere Energiebänder springen können. Diese topologischen Halbmetalle waren in der Tat erfolgreich negativgeladene Elektronen springen in höhere Energiebänder, aber sie haben leider Teilchen positiver Ladung erzeugt, die der von den Elektronen erzeugten Wärme entgegenwirken.
Die Forscher beschlossen dann, die Princeton University zu nutzen Forschung in Selenid wobei festgestellt wurde, dass eine Zunahme der thermoelektrischen Erzeugung unter sehr erhöhten Magnetfeldern von 35 Tesla auftritt. T Das Team verwendete Daten aus dieser Studie, um das thermoelektrische Verhalten des neuen Materials unter verschiedenen Temperaturen und Magnetfeldern zu modellieren.
Hohe Magnetfelder erforderlich
„Wir haben schließlich herausgefunden, dass unter einem starken Magnetfeld etwas Komisches passiert, bei dem sich Elektronen und Löcher in entgegengesetzte Richtungen bewegen können“, sagte Skinner. „Elektronen gehen in Richtung der kalten Seite und Löcher in Richtung der heißen Seite.Sie arbeiten zusammen und im Prinzip könnte man aus demselben Material eine immer größere Spannung ziehen, wenn man nur das Magnetfeld stärker macht. “
Diese vorerst Topologische Halbmetalle können nur unter extrem hohen Magnetfeldern, die in wenigen Einrichtungen der Welt vorhanden sind, hohe thermoelektrische Eigenschaften erzeugen. Das Team ist nun bestrebt, dieses Material „extrem sauber“ so frei von Verunreinigungen wie möglich zu machen, um diesen Effekten entgegenzuwirken und zu sehenDas Material verhält sich unter realistischeren Umständen genauso effektiv. Sie untersuchen auch andere geeignetere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften.
Via : MIT News