Elektricitet fra spildvarme med mere effektive materialer

Termoelektriske materialer kan omdanne spildvarme direkte til elektricitet. Tommi Tynell, M.Sc., som er ph.d.-kandidat ved Aalto University School of Chemical Technology, har udviklet hybride termoelektriske materialer, som kombinerer nyttige egenskaber fra forskellige typer materialer.

Han fandt ud af, at ved at tilføje organiske lag mellem lag af zink er det muligt at forbedre ydeevnen af ​​termoelektriske materialer. De organiske lag menes også at have en stor effekt med hensyn til at reducere termisk ledningsevne, hvilket ville være meget nyttigt i termoelektriske materialer.

"At udvikle mere effektive termoelektriske materialer er en stor udfordring, fordi de fysiske egenskaber, der påvirker materialernes ydeevne, ikke er uafhængige af hinanden. Optimering af et materiale er meget vanskelig, fordi når du forbedrer en funktion, andre egenskaber kan forringes på samme tid, " siger Tynell.

Den største hindring for den brede udnyttelse af termoelektriske generatorer er den lave effektivitet af aktuelt kendte termoelektriske materialer. Ud over, de bedste eksisterende forbindelser modstår ikke de høje temperaturer, der kræves og indeholder ofte sjældne og skadelige grundstoffer.

Miljøvenlige materialer

I sin doktorgradsforskning, Tynell tilføjede lag på lag af strukturer i nanoskala, undersøge deres dannelse ved hjælp af røntgen og infrarøde enheder. I forskningen, tynde film af zinkoxid blev brugt, fordi zinkoxid er et af de mest lovende termoelektriske oxidmaterialer. Oxidmaterialer er miljøvenlige og til gengæld er deres tilgængelighed ikke et problem. Det menes, at de vil spille en vigtig rolle i den fremtidige udvikling af bæredygtige energiteknologier.

Tynell kombinerede atomlagsaflejring og molekylærlagsaflejring og lykkedes således at fremstille et hybrid supergitter sammensat af organiske og uorganiske forbindelser. Atomisk lagaflejring er en ekstremt nøjagtigt styret nanofabrikationsproces. Processen blev brugt til at fremstille lagdelte hundrede nanometer tykke nanostrukturer, med ekstremt tynde organiske lag vekslende med tykkere uorganiske lag. Tre forskellige udgangsmaterialer blev brugt til det organiske stof:hydroquinon, 4-aminophenol og 4, 4'-oxydianilin. Alle de testede organiske molekyler viste sig at påvirke de termoelektriske egenskaber af den tynde zinkoxidfilm.

"Selvom strukturerne af udgangsmaterialerne var ret ens, størrelsen af ​​effekten var ret variabel afhængig af kildematerialet. Hydroquinon var den mest anvendelige af de tre, fordi det lettest dannede de ønskede strukturer."

Unik forskning

Tommi Tynell lavede sin doktorafhandling i akademiprofessor Maarit Karppinens forskergruppe. Karppinen og hendes team har studeret termoelektriske materialer i et dusin år. Gruppens forskning er unik, idet det er sjældent at bruge hybridmaterialer i termoelektrisk forskning. Kun få forskningsgrupper i verden er i øjeblikket fokuseret på at undersøge hybridmaterialers egenskaber. Ved at udnytte termoelektrisk energihøst vil det være muligt at reducere vores afhængighed af traditionelle energikilder. Uudnyttet spildvarme er tilgængelig overalt. For eksempel, det produceres i industrielle processer og husholdninger, og biludstødninger producerer også spildvarme. Tommi Tynells forskning er et skridt i retning af at kunne udnytte varme, der lige nu forsvinder ud i den blå luft.