Forskere rapporterer om nyt termoelektrisk materiale med høje effektfaktorer

Med energibesparelser forventet at spille en voksende rolle i håndteringen af ​​den globale efterspørgsel, materialer og metoder, der udnytter eksisterende energikilder bedre, er blevet stadig vigtigere.

Forskere rapporterede i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences at de har vist et skridt fremad i konverteringen af ​​spildvarme - fra industrielle røgstokke, kraftværker eller endda bilrør - til elektricitet.

Arbejdet, ved hjælp af en termoelektrisk forbindelse sammensat af niob, titanium, jern og antimon, lykkedes det at øge materialets effektudbytte dramatisk ved hjælp af en meget varm presningstemperatur - op til 1373 Kelvin, eller omkring 2, 000 grader Fahrenheit - for at skabe materialet.

"Størstedelen af ​​industriens energitilførsel går tabt som spildvarme, "forskerne skrev." Omdannelse af noget af spildvarmen til nyttig elektrisk strøm vil føre til reduktion af fossilt brændstofforbrug og CO2 -emission. "

Termoelektriske materialer producerer elektricitet ved at udnytte strømmen af ​​varmestrøm fra et varmere område til et køligere område, og deres effektivitet beregnes som et mål for, hvor godt materialet omdanner varme - ofte spildvarme genereret af kraftværker eller andre industrielle processer - til strøm. For eksempel, et materiale, der optager 100 watt varme og producerer 10 watt elektricitet, har en effektivitet på 10 procent.

Det er den traditionelle måde at overveje termoelektriske materialer, sagde Zhifeng Ren, MD Anderson professor i fysik ved University of Houston og hovedforfatter af papiret. Men at have en relativt høj konverteringseffektivitet garanterer ikke en høj effekt, som måler mængden af ​​strøm produceret af materialet frem for omdannelseshastigheden.

Fordi spildvarme er en rigelig - og gratis - brændstofkilde, konverteringsfrekvensen er mindre vigtig end den samlede mængde strøm, der kan produceres, sagde Ren, som også er hovedforsker ved Texas Center for Superconductivity ved UH. "I fortiden, det er ikke blevet understreget. "

Ud over Ren, forskere, der er involveret i projektet, omfatter Ran He, Jun Mao, Qing Jie, Jing Shuai, Hee Seok Kim, Yuan Liu og Paul C.W. Chu, hele UH; Daniel Kraemer, Lingping Zeng og Gang Chen fra Massachusetts Institute of Technology; Yucheng Lan fra Morgan State University, og Chunhua Li og David Broido fra Boston College.

Forskerne justerede en forbindelse bestående af niob, jern og antimon, udskiftning mellem 4 og 5 procent af niobiet med titanium. Behandling af den nye forbindelse ved forskellige høje temperaturer antydede, at en meget høj temperatur - 1373 Kelvin - resulterede i et materiale med en usædvanlig høj effektfaktor.

"For de fleste termoelektriske materialer, en effektfaktor på 40 er god, "Sagde Ren." Mange har en effektfaktor på 20 eller 30. "

Det nye materiale har en effektfaktor på 106 ved stuetemperatur, og forskere var i stand til at demonstrere en udgangseffekttæthed på 22 watt pr. kvadratcentimeter, langt højere end de 5 til 6 watt, der typisk produceres, han sagde.

"Dette aspekt af termoelektrisk skal understreges, "sagde han." Du kan ikke bare se på effektiviteten. Du skal også se på effektfaktoren og effektudgang. "