Deformable termoelektriske materialer tilføjer et nyt twist til designet af energirensende apparater

Tilføjelse af elasticitet til de imponerende egenskaber ved materialer kendt som termoelektrisk kan hjælpe os med at spare mere strøm, KAUST -forskere har vist.

Fra bærbare chips og biludstødningsrør til industrimaskiner, for de fleste enheder, meget af den energi, de bruger, går tabt som varme. Fleksible termoelektriske materialer kan fjerne denne varme og forvandle den tilbage til nyttig elektricitet, som de kan bruge til at maksimere elektrisk output.

Nøglen til nyttig opførsel af termoelektriske materialer, såsom vismut tellurid og antimon tellurid, er, at når den ene side af materialet er varm, og den anden side er kold, de genererer spontant en elektrisk spænding. Jo større temperaturgradient, jo mere strøm de genererer. Men til dato, termoelektriske generatorer (TEG'er) er næsten uvægerligt blevet fremstillet af solide blokke af termoelektriske materialer.

"Vi forestillede os, at en strækbar TEG ville opnå mere udgangseffekt, da den nemt kan holde en længere afstand mellem den varme ende og den kolde ende, "sagde Muhammad Hussain, Professor i elektroteknik ved KAUST, der ledede forskningen. Den kolde ende af den strækbare TEG kan trækkes længere væk fra varmekilden, maksimering af temperaturgradienten.

Hussains team lavede de fleksible TEG'er ved at belægge vismut tellurid eller antimon tellurid på et spiralformet fleksibelt papir eller polymersubstrat. Hussain forklarede, at denne spiralformede arkitektur er det, der tillod TEG at bøje og strække i enhver retning, samtidig med at den bevarer sin mekaniske integritet.

En enkel spiralform, fremstillet af et papirsubstrat (som har lavere varmeledningsevne end polymeren), var det bedste design, genererer mere end dobbelt så meget kraft, når den er strakt, end når den er lagt fladt.

Hussain har et par indledende applikationer i tankerne for sine elastiske TEG'er. "For bærbare gadgets, de kan være meget nyttige, "siger han." Et andet umiddelbart område, vi ser på, er termoelektrisk strøm fra skibe og biler. Deres øverste overflade er under solen, og deres underside er altid i vandet eller i skyggen."

"Strækbare TEG'er kunne bruges i næsten enhver applikation, hvor der er spildvarme, der skal genvindes, Hussain tilføjede. Traditionelt set at forbedre strømproduktionen fra en TEG, tankeprocessen har i særlig grad fokuseret på at forbedre de termoelektriske egenskaber af forskellige termoelektriske materialer. Vi har tydeligt vist, at arkitekturen i TEG er lige så vigtig for at forbedre strømproduktionen uafhængigt af det anvendte termoelektriske materiale."