Berkeley laboratorieforskere genererer lave omkostninger, hybrid termoelektrik

Selvom klimakontrollerede autostole ikke tænker på, når du tænker på energieffektivitet, den nyeste teknologi, der understøtter denne luksusbilfunktion, er baseret på termoelektriske materialer, der omdanner elektricitet direkte til opvarmning eller køling. Omvendt termoelektrik kan også lede overskydende varme fra energiineffektive systemer, såsom bilmotorer eller kraftværker, ved at genvinde denne 'spildvarme' og omdanne den til elektricitet. Som resultat, disse materialer tilbyder en potentielt ren energikilde for at reducere brændstofforbruget og CO2-emissionerne.

I øjeblikket, denne termiske energi omdannes med høj effektivitet, dyre termoelektriske materialer. I bilers udstødningssystemer, for eksempel, solid-state termoelektrik genvinder spildvarme, der kan resultere i brændstofbesparelser på op til fem procent, men deres høje omkostninger forhindrer dem i at blive brugt i mindre skalaer. At øge disse besparelser gennem materialer til lavere omkostninger kan have en betydelig indflydelse på strømproduktionen til batterier eller elektroniske komponenter i computere.

Nu, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) videnskabsmænd tackler denne udfordring ved at "ændre budgettet for termisk energistyring, " sagde Jeff Urban, Vicedirektør for faciliteten for uorganiske nanostrukturer på Molecular Foundry, en nanovidenskabsbrugerfacilitet.

"Historisk set, højeffektiv termoelektrik har krævet høje omkostninger, materialeintensiv forarbejdning, sagde Urban. "Ved at konstruere en hybrid af bløde og hårde materialer ved hjælp af ligetil kolbekemi i vand, vi har udviklet en rute, der giver respektabel effektivitet med en lav produktionsomkostning."

I deres tilgang Urban og kolleger konstruerede et kompositmateriale i nanoskala ved at pakke en polymer, der leder elektricitet omkring en nanorod af tellur - et metal koblet med cadmium i nutidens mest omkostningseffektive solceller. Dette kompositmateriale spincastes let eller printes til en film fra en vandbaseret opløsning. Sammen med dens lette fremstilling, dette hybridmateriale har også en termoelektrisk værdi, der er tusindvis af gange større end enten polymeren eller nanorod alene - en afgørende faktor for at øge enhedens ydeevne.

"I de seneste år har vi har set enorme gevinster i termoelektrisk effektivitet, men der er behov for lave omkostninger, moderat effektivitet materialer, der er nemme at behandle og mønstre over store områder, " sagde Rachel Segalman, en fakultetsforsker ved Berkeley Lab og professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved University of California, Berkeley. "Vi havde en masse intuition om, hvad der ville fungere med polymerer og nanokrystaller, og vil nu udforske materialeplads for at optimere disse systemer og skifte til mere jordrige materialer."