Naděje na účinnější termoelektrické materiály

Aplikací účinně fungujícího termoelektrického jevu by bylo nespočet. Baterie auta by se mohla dobíjet z odpadního tepla. Od lidského těla (respektive z rozdílu teplot mezi tělem a okolím) by se mohla napájet elektronika v šatech.


Výzkum v Ames Laboratory, která spadá pod americké ministerstvo energetiky, vedl k objevu materiálů s mnohem účinnější přeměnou tepelné energie na elektrickou (termoelektrický jev). Evgenii Levin vedl tým, který navrhuje doplnit dosud používané termoelektrické materiály prvky vzácných zemin.

První termoelektrické pokusy byly provedeny již na počátku 19. století, kdy se ukázalo, že mezi teplejší a chladnější částí materiálu mohou putovat elektrické náboje, stejně jako elektrony putují drátem pod vlivem vnějšího elektromagnetického pole. Přesněji řečeno: v nejednodušším základním uspořádání proud vyvoláme, pokud dva různé kovy propojíme do uzavřeného obvodu a oba spoje budou mít různou teplotu.
Takto se používaly především struktury z prvků telluru, antimonu, germania a stříbra (podle počátečních písmen anglických názvů tzv. TAGS). Podle objevitele říkáme celému procesu Seebeckův jev.
Problém je, že konverze tepelné energie na elektrickou měla velmi nízkou účinnost (1-3 %), cca mikrovolty na stupeň Celsia teplotního rozdílu. Od 50. let 20. století se technologii podařilo odladit alespoň natolik, aby se na tomto principu mohl vyrábět elektrický proud na sondách Voyager, Pioneer, Galileo, Cassini, a Viking. Mimo NASA ale významnější využití stále chybělo, i když existovaly chytré fígle, jak třeba na základě vygenerovaného proudu měřit teplotu. Využívalo se spíše opačného procesu, kdy se účinkem proudu měnila teplota (chlazení mikroprocesorů jinak než dotykem/tepelnou výměnou; to, zda se materiál ohřívá nebo ochlazuje, závisí na směru proudu).
Občas se sice objevily zprávy o dosažení vyšší účinnosti, většinou se je však nepodařilo potvrdit, nebo šlo jen o malý postup vpřed. V loňském roce ale vědci z Ames Laboratory zjistili, že přidání pouhého procenta ceru nebo ytterbia k materiál TAGS podstatně zvýší účinnost energetické přeměny. Dosud není úplně jasné, proč k tomu dochází. Zdá se, že prvky vzácných zemin i v malém procentu dokáží změnit krystalovou mřížku a magnetické vlastnosti původní látky. Hlubší porozumění celému procesu by mělo umožnit ještě větší zvýšení účinnosti. Svoji roli bude určitě hrát podíl kovů vzácných zemin ve směsi. Každopádně postup „dotování" není technologicky nijak náročný.
Aplikací účinně fungujícího termoelektrického jevu by bylo nespočet. Baterie auta by se mohla dobíjet z odpadního tepla. Od lidského těla (respektive z rozdílu teplot mezi tělem a okolím apod.) by se mohla dobíjet elektronika v šatech nebo i přístroje typu mobilních telefonů.
Projekt podpořila americká armádní výzkumná agentura DARPA. Výsledky byly publikovány v časopisu Advanced Functional Materials.

Zdroj: ScienceDaily

Poznámky:
- Prvky vzácných zemin jsou v současnosti strategickou surovinou, používají se např. v moderních displejích. Existuje podezření, že Čína, jeden z hlavních producentů, uměle omezuje jejich vývoz.
- Pravdou je, že stále zbývá řada nejasností. Tak třeba u uhlíkových nanotrubiček k termoelektrickému jevu z nějakých důvodů vůbec nedochází.

Jinou perspektivní technologií by mohl být přímý převod radioaktivity na elektrický proud (Scienceworld.cz).











Komentáře