Nova tehnologija materijala na bazi volframa ili tungstena pretvara otpadnu toplinu u električnu energiju. Nova dostignuća u području termoelektričnih uređaja mogla bi značajno poboljšati energetsku učinkovitost u industriji i svakodnevnom životu. Tim istraživača sa Sveučilišta u Tokiju uspio je pokazati kako materijal volfram disilicid (WSi2) može učinkovito pretvoriti otpadnu toplinu u električnu energiju. Ovaj bi napredak mogao revolucionirati korištenje otpadne topline, omogućujući veću energetsku učinkovitost u raznim industrijskim primjenama, kao i poboljšanje održivosti u tehnologijama koje ovise o toplinskoj energiji, piše SciTech Daily .
Termoelektrični materijali, koji pretvaraju toplinu u električnu energiju, već igraju ključnu ulogu u industrijama i vozilima gdje motori proizvode značajne količine otpadne topline. Ovi materijali omogućuju učinkovito korištenje te topline, što pridonosi povećanju energetske učinkovitosti i proizvodnji dodatne električne energije. Takvi uređaji korisni su ne samo za industrijske primjene, već i za prijenosne uređaje kao što su senzori i sateliti, gdje tradicionalni izvori energije nisu uvijek mogući.
Uobičajeni termoelektrični uređaji, poznati kao paralelni termoelektrični uređaji, generiraju napon u istom smjeru kao i tok topline, koristeći materijale p-tipa i n-tipa koji proizvode napone u suprotnim smjerovima. Kada su spojeni u seriju, ovi uređaji stvaraju viši napon, ali to povećava broj kontaktnih točaka, što rezultira većim električnim otporima i gubicima energije. S druge strane, poprečni termoelektrični uređaji proizvode energiju u smjeru okomitom na tok topline, što omogućuje učinkovitiji prijenos energije uz manje gubitke.
Istraživači su se usredotočili na materijale koji pokazuju "potporu ovisnu o osi", poznate kao goniopolarni vodiči. Ovi materijali provode pozitivne čestice (p-tip) u jednom smjeru, a negativne čestice (n-tip) u drugom, čime se omogućuje transverzalni termoelektrični efekt (TTE). Međutim, ovaj učinak do sada nije dovoljno istražen. Tim iz Japana, predvođen profesorom Ryujijem Okazakijem sa sveučilišta znanosti u Tokiju, uspio je izravno demonstrirati TTE u metaloidnom volfram disilicidu (WSi2), materijalu koji je prethodno pokazivao goniopolarna svojstva, ali nije bio povezan s TTE efektom.
Njihovo istraživanje, objavljeno u časopisu PRX Energy , otkriva da WSi2 posjeduje jedinstvenu elektroničku strukturu s Fermijevim površinama različitih dimenzija. Ove površine omogućuju postojanje elektrona i šupljina (pozitivno nabijenih čestica) u različitim dimenzijama, što stvara uvjete za usmjereno provođenje u različitim smjerovima, ključno za transverzalni termoelektrični učinak. Koristeći fizičke pokuse i računalne simulacije, istraživači su utvrdili da ove specifičnosti omogućuju WSi2 generiranje napona pod pravim kutom u odnosu na toplinu, čime se omogućuje učinkovitiji prijenos energije.
Simulacije prvih principa korištene u ovom istraživanju omogućuju istraživačima modeliranje ponašanja materijala bez potrebe za eksperimentima. Ove simulacije pomažu razumjeti kako se nositelji naboja (elektroni i šupljine) ponašaju u različitim uvjetima, uključujući interakcije s nesavršenostima u kristalnoj strukturi materijala. Razumijevanje ovih varijacija ključno je za optimizaciju materijala i razvoj pouzdane i stabilne tehnologije termoelektričnih uređaja.
Ovaj napredak u istraživanju nije značajan samo u laboratoriju, već otvara široke mogućnosti za industrijsku primjenu. Jedan od najvažnijih sektora koji bi mogao imati koristi od ovog otkrića je automobilska industrija. Moderni motori proizvode velike količine otpadne topline, koja se obično gubi. Uvođenjem termoelektričnih uređaja baziranih na WSi2, ova bi se toplinska energija mogla koristiti za proizvodnju električne energije, što bi povećalo učinkovitost vozila i smanjilo potrošnju goriva.
Osim toga, energetska postrojenja i industrije koje se oslanjaju na fosilna goriva ili obnovljive izvore mogu koristiti ovu tehnologiju za povećanje učinkovitosti sustava, smanjujući emisije ugljičnog dioksida i drugih štetnih plinova. Učinkovitije korištenje otpadne topline može smanjiti potrebu za dodatnim izvorima energije, što ovu tehnologiju čini ključnom u procesu prelaska na održivije energetske sustave.
Iako je istraživanje u povojima, otkriće ovih novih termoelektričnih materijala kao što je WSi2 otvara vrata razvoju naprednih sustava koji mogu učinkovito pretvarati toplinu u električnu energiju, što je ključno za smanjenje globalnih emisija stakleničkih plinova. Dugoročno, ovo istraživanje može značiti značajnu pomoć u borbi protiv klimatskih promjena, čineći energetske sustave učinkovitijima i ekološki prihvatljivijima.
www.nauka.telegraf.rs
