Generering af elektricitet fra varme ved hjælp af en spin -Seebeck -enhed

Termoelektrisk (TE) konvertering tilbyder kulstoffri elproduktion fra geotermisk, spild, krops- eller solvarme, og viser løfte om at være den næste generations energiomstillingsteknologi. Kernen i en sådan TE -konvertering, der ligger en termoelektrisk enhed i fuldstændig tilstand, som muliggør energiomdannelse uden støjemission, vibrationer, eller forurenende stoffer. Til dette, et POSTECH-forskerhold foreslog en måde at designe den næste generations termoelektriske enhed, der udviser bemærkelsesværdigt enkel fremstillingsproces og struktur sammenlignet med de konventionelle, samtidig med at den viser forbedret energieffektivitet ved hjælp af spin Seebeck -effekten (SSE).

Et fælles POSTECH -forskerteam - ledet af professor Hyungyu Jin og ph.d. kandidat Min Young Kim fra Institut for Maskinteknik med professor Si-Young Choi fra Institut for Materialevidenskab og Teknik-er lykkedes med at designe en meget effektiv termoelektrisk enhed ved at optimere egenskaberne af både det indre og overfladen af ​​det magnetiske materiale, der gør op på SSE termoelektrisk enhed. Dette er en banebrydende undersøgelse for at vise muligheden for at fremstille en næste generations termoelektriske enhed ved hjælp af SSE, som har været i grundforskningen. Disse forskningsresultater blev for nylig offentliggjort i online -udgaven af Energi- og miljøvidenskab , et internationalt akademisk tidsskrift inden for energiområdet.

Konventionelle TE -enheder er afhængige af ladningen Seebeck -effekt, en termoelektrisk effekt, hvor en ladestrøm genereres i retningen parallelt med en påført temperaturgradient i et fast materiale. Denne langsgående geometri komplicerer enhedens struktur og begrænser fremstilling af sådanne TE -enheder.

Forskergruppen fremstillede en nikkelferrit (NFO) —platinum (Pt) SSE -enhed ved at tænke ud af boksen - de indså, at enhedens struktur kan gøres meget enklere ved at udnytte den tværgående TE -effekt, hvor en ladestrøm genereres i retningen vinkelret på den anvendte temperaturgradient. Når der anvendes en temperaturgradient i enhedens højderetning, spinstrømmen, der genereres i NFO -magnetmaterialet, overføres til grænsefladen mellem NFO og Pt, injiceret i Pt, derefter omdannet til en elektrisk strøm inde i Pt. Den strøm, der genereres på dette tidspunkt, strømmer i en retning vinkelret på den anvendte temperaturgradient. Ved at bruge denne SSE, det er muligt at konstruere en enhedsstruktur, der er enklere og lettere at skalere i forhold til konventionelle termoelektriske enheder.

For at bruge SSE -enheden skal det kræver en dramatisk forbedring i struktur og effektivitet. Til dette, forskergruppen udtænkte en simpel varmebehandlingsmetode for at forbedre effektiviteten af ​​den NFO-Pt termoelektriske enhed. Det blev opdaget gennem en observation ved hjælp af en scanningstransmissionselektronmikroskopi, at en unik mikrostruktur kan dannes inde i NFO -materialet ved at opvarme det ved en høj temperatur på 1200 ° C eller højere i en bestemt varighed, derefter opvarmning ved en højere temperatur i en given tid derefter afkøling. Ud over, teamet bekræftede også, at den samme varmebehandlingsteknik også kan forbedre kvaliteten af ​​grænsefladen mellem NFO og Pt betydeligt. Endelig, det blev vist, at disse to effekter i høj grad kan forbedre enhedens termoelektriske effektivitet.

"I dette studie, vi har forklaret og præsenteret principperne bag fremstilling af den næste generations TE-enhed med en meget enklere struktur end konventionelle ved hjælp af SSE og en metode, der dramatisk kan forbedre dens effektivitet gennem en simpel varmebehandlingsteknik, "bemærkede professor Hyungyu Jin, der ledede undersøgelsen. Han tilføjede, "Hvis dette fører til udvikling af meget effektive TE -enheder i fremtiden, det viser løfte om i sidste ende at bidrage til at afbøde både energi- og klimautfordringer. "