Tehokkaampi lämpösähköinen materiaali

Uusi Wollongongin yliopiston tutkimus ylittää yhden lämpösähköisten materiaalien haasteen, uudella materiaalilla, joka voi muuntaa lämmön sähköksi ja päinvastoin nykyisiä 60 prosenttia paremmalla muuntotehokkuudella.

Lämpösähköisten materiaalien jatkuva haaste on sähköisten ja lämpöominaisuuksien tasapaino: Useimmissa tapauksissa materiaalin sähköisten ominaisuuksien parantuminen (korkeampi sähkönjohtavuus) tarkoittaa lämpöominaisuuksien heikkenemistä (suurempi lämmönjohtavuus) ja päinvastoin.

"Tärkeintä on erottaa toisistaan lämmön ja sähkön kulku", sanoo tohtorikoulutettava Guangsai Yang.

Tutkimustyössään ryhmä lisäsi pienen määrän amorfisia nanoboorihiukkasia vismuttitelluridipohjaisiin lämpösähköisiin materiaaleihin saaden aikaan nanorakenteisia vikoja.

Koska elektronit kuljettavat sekä lämpöä että johtavat sähköä, pelkästään elektronikuljetuksiin perustuva materiaalitekniikka on altis ikuiselle kompromissille lämpö- ja sähköominaisuuksien välillä.

Toisaalta fononit kuljettavat vain lämpöä. Siksi fononien blokkaaminen tällä tavalla vähentää hilavärähtelyjen aiheuttamaa lämmönjohtavuutta vaikuttamatta kuitenkaan elektronisiin ominaisuuksiin.

"Avain lämpösähköisen hyötysuhteen parantamiseen on minimoida lämmön virtaus fononien blokkauksen kautta ja maksimoida elektronien virtaa", Guangsai Yang sanoo. "Tästä seuraa ennätyksellisen korkea lämpösähkötehokkuus materiaaleissamme."

Tuloksena on ennätyksellisen konversiotehokkuus, 11,3 %, mikä on 60 % parempi kuin kaupallisesti saatavissa olevissa materiaaleissa, jotka on valmistettu vyöhykesulatusmenetelmällä. Uuden materiaaliyhdisteen ZT-arvo on 1,6 lämpötilassa 375 K (102 ºC).

Sen lisäksi, että vismuttitelluridipohjaiset materiaalit ovat menestyneimmin kaupallisesti saatavia lämpösähköisiä materiaaleja, ne ovat myös tyypillisiä topologisia eristimiä.

Aiheesta aiemmin:

Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori

Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin

Nanolangoilla lämpö sähköksi tehokkaammin