Тепловые потери – в электричество: нанотехнологии в энергетике

Группа исследователей Северо-западного университета (штат Иллинойс, США) представила вниманию публики свою новую разработку. Поместив наночастицы каменной соли в теллурид свинца, ученые создали материал, способный вырабатывать электричество из выброса тепловой энергии промышленных установок, механизмов, выхлопных систем автотранспорта и другого оборудования, причем коэффициент полезного действия новинки гораздо выше, чем у любых существующих аналогов.

Материал отличается высокой термоэлектрической эффективностью: порядка 14% тепла, выделяемого во время работы различных систем и механизмов, может быть трансформировано в электричество. Его разработкой занимались химики, физики и специалисты по материалам Северо-западного университета.

«Уже более ста лет назад было известно, что полупроводники обладают способностью аккумулировать электрическую энергию, – замечает Меркьюри Канатзидис, профессор химии Вайнбергского колледжа наук и искусств. – Чтобы сделать этот процесс эффективным, нужен лишь правильный материал, и мы нашли секрет его изготовления».

Исследовательская группа профессора Канатзидиса распылила кристаллы каменной соли (SrTe) по теллуриду свинца (PbTe). Предыдущие попытки создания подобного соединения на нано-уровне в цельном материале приводили к увеличению эффективности генерации энергии теллуридом свинца, но в то же время внедрение наночастиц повышало «рассеивание» электронов, что снижало общую проводимость. В своем исследовании ученые Северо-западного университета впервые представили возможность использования наносистемы теллурида свинца для того, чтобы снизить рассеивание электронов и увеличить конверсионную эффективность материала.

«Мы можем с минимальными затратами сконструировать небольшое устройство со всего лишь несколькими соединительными проводами, поместить внутрь получившийся материал и подключить устройство, скажем, к электрической лампочке, – рассказывает член исследовательской команды Винаяк Древид, профессор материаловедения и инженерии факультета инженерии и прикладных наук Северо-западного университета. – Устройство может повысить эффективность электрической лампочки за счет преобразования части испускаемого лампочкой тепла в электричество».

Ученые не сомневаются, что новое открытие найдет широкое применение в автомобильной, станкостроительной, химической и многих других отраслях промышленности, в любом производстве, где впустую расходуется большое количество тепловой энергии.

«Особый интерес разработка представляет, конечно, в связи с постоянным ростом цен на энергоносители и обострением экологических проблем, – отмечает профессор Древид. – Однако разработка подобных наноструктур может ознаменовать прорыв и в других научных областях, например, привести к усовершенствованию механической структуры материалов, увеличению их прочности и долговечности. Мы надеемся, научное сообщество позитивно воспримет наше открытие и поспособствует дальнейшему его развитию».

Примечание:

Исследование было проведено в научно-исследовательском центре Северо-западного университета при поддержке научно-исследовательского центра военно-морских сил США (theOfficeofNavalResearch), Национального научного фонда (NationalScienceFoundation), Фонда имени В.М. Кека (W. M. KeckFoundation) и правительства штата Иллинойс. Со стороны Мичиганского университета исследование поддержал Фонд «RevolutionaryMaterialsforSolidStateEnergyConversion» и Центр передовых энергетических исследований (EnergyFrontierResearchCenter), спонсируемый министерством энергетики США. В научную группу входили Меркьюри Канатзидис, профессор химии Вайнбергского колледжа наук и искусств, Винаяк Древид, профессор материаловедения и инженерии факультета инженерии и прикладных наук, Канишка Бисвас, доктор наук Северо-западного университета, Жиакинг Хе, старший преподаватель кафедры химии, Кичун Жанг, старший преподаватель кафедры материаловедения и инженерии Наньянского технологичсекого университета (Сингапур) и Гуой Ванг и Штирад Акер из Университета Мичигана.

ErinWhite, NorthwesternUnivercity, перевод – Наталья Коношенко

http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2011/01/converting-heat-waste.html

Группа исследователей Северо-западного университета (штат Иллинойс, США) представила вниманию публики свою новую разработку. Поместив наночастицы каменной соли в теллурид свинца, ученые создали материал, способный вырабатывать электричество из выброса тепловой энергии промышленных установок, механизмов, выхлопных систем автотранспорта и другого оборудования, причем коэффициент полезного действия новинки гораздо выше, чем у любых существующих аналогов.

Материал отличается высокой термоэлектрической эффективностью: порядка 14% тепла, выделяемого во время работы различных систем и механизмов, может быть трансформировано в электричество. Его разработкой занимались химики, физики и специалисты по материалам Северо-западного университета.

«Уже более ста лет назад было известно, что полупроводники обладают способностью аккумулировать электрическую энергию, – замечает Меркьюри Канатзидис, профессор химии Вайнбергского колледжа наук и искусств. – Чтобы сделать этот процесс эффективным, нужен лишь правильный материал, и мы нашли секрет его изготовления».

Исследовательская группа профессора Канатзидиса распылила кристаллы каменной соли (SrTe) по теллуриду свинца (PbTe). Предыдущие попытки создания подобного соединения на нано-уровне в цельном материале приводили к увеличению эффективности генерации энергии теллуридом свинца, но в то же время внедрение наночастиц повышало «рассеивание» электронов, что снижало общую проводимость. В своем исследовании ученые Северо-западного университета впервые представили возможность использования наносистемы теллурида свинца для того, чтобы снизить рассеивание электронов и увеличить конверсионную эффективность материала.

«Мы можем с минимальными затратами сконструировать небольшое устройство со всего лишь несколькими соединительными проводами, поместить внутрь получившийся материал и подключить устройство, скажем, к электрической лампочке, – рассказывает член исследовательской команды Винаяк Древид, профессор материаловедения и инженерии факультета инженерии и прикладных наук Северо-западного университета. – Устройство может повысить эффективность электрической лампочки за счет преобразования части испускаемого лампочкой тепла в электричество».

Ученые не сомневаются, что новое открытие найдет широкое применение в автомобильной, станкостроительной, химической и многих других отраслях промышленности, в любом производстве, где впустую расходуется большое количество тепловой энергии.

«Особый интерес разработка представляет, конечно, в связи с постоянным ростом цен на энергоносители и обострением экологических проблем, – отмечает профессор Древид. – Однако разработка подобных наноструктур может ознаменовать прорыв и в других научных областях, например, привести к усовершенствованию механической структуры материалов, увеличению их прочности и долговечности. Мы надеемся, научное сообщество позитивно воспримет наше открытие и поспособствует дальнейшему его развитию».

Примечание:

Исследование было проведено в научно-исследовательском центре Северо-западного университета при поддержке научно-исследовательского центра военно-морских сил США (theOfficeofNavalResearch), Национального научного фонда (NationalScienceFoundation), Фонда имени В.М. Кека (W. M. KeckFoundation) и правительства штата Иллинойс. Со стороны Мичиганского университета исследование поддержал Фонд «RevolutionaryMaterialsforSolidStateEnergyConversion» и Центр передовых энергетических исследований (EnergyFrontierResearchCenter), спонсируемый министерством энергетики США. В научную группу входили Меркьюри Канатзидис, профессор химии Вайнбергского колледжа наук и искусств, Винаяк Древид, профессор материаловедения и инженерии факультета инженерии и прикладных наук, Канишка Бисвас, доктор наук Северо-западного университета, Жиакинг Хе, старший преподаватель кафедры химии, Кичун Жанг, старший преподаватель кафедры материаловедения и инженерии Наньянского технологичсекого университета (Сингапур) и Гуой Ванг и Штирад Акер из Университета Мичигана.

ErinWhite, NorthwesternUnivercity, перевод – Наталья Коношенко

http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2011/01/converting-heat-waste.html