В НИТУ "МИСиС" создали материал для "вечной" батарейки
Сотрудники Центра энергоэффективности НИТУ "МИСиС" разработали экономичный и быстрый способ изготавливать материал, из которого делаются высокоэффективные термоэлектрические генераторы для космических аппаратов. Такой материал способен напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Статья с результатами работы вышла в Journal of Materials Chemistry A.
Эффект преобразования тепловой энергии в электрическую обнаружил еще в 1821 году немецкий физик Томас Зеебек. Однако технологии, позволяющие использовать эффект Зеебека в промышленных масштабах, до сих пор далеки от совершенства. Тем не менее, термоэлектрические материалы уже активно используются в энергетике, холодильных установках, работающие от тепла радиоактивного распада термоэлектрогенераторы установлены на таких всемирно известных космических аппаратах как "Cassini" и "New Horizons". На том же принципе работает электрогенератор марсохода "Curiosity". Кроме того, Есть и более приземленные примеры: например, Также ведутся разработки теплоэлектрогенераторов, способных повысить эффективность различных видов электростанций, есть примеры получения электроэнергии от тепла, передаваемого через элементы выхлопной системы автомобиля.
Полученные в НИТУ "МИСиС" термоэлектрические материалы сочетают в себе два "вида" атомов: жестко закрепленные в узлах кристаллической решетки, что обеспечивает высокую электропроводность, и свободно колеблющиеся, что резко снижает теплопроводность, потому что слабо связанные с кристаллическим каркасом атомы эффективно рассеивают тепло. Такого сочетания удалось добиться за счет создания интерметаллидов, кристаллическая структура которых содержит пустоты. Заполняя их "гостевыми" атомами без нарушения кристаллической решетки, ученые и получают необходимое сочетание свойств.
"Нам удалось решить проблему за счет использования индия в качестве заполнителя и подбора исходного соотношения металлов, которое позволило синтезировать нужный термоэлектрический состав в открытом реакторе, - рассказывает член научной группы, сотрудник Центра энергоэффективности НИТУ "МИСиС" Андрей Воронин. - Благодаря такому подходу мы смогли провести синтез в открытом реакторе всего за две минуты с последующим отжигом получившегося образца в течение 5 часов. Сочетание используемого материала и особенностей процесса синтеза ускорило процесс создания в несколько десятков раз, что также сказывается и на стоимости получения таких материалов. При этом полученные значения термоэлектрической эффективности ZT = 1,5 стали рекордными для скуттерудитов с одним видом "гостевых" атомов".
Как говорят авторы новой работы, предложенные ранее схемы получения термоэлектрических материалов, были намного более дорогими и длительными.
