Спустя почти 200 лет после того, как французский физик Жан Пельтье обнаружил, что электрический ток, протекающий через соединение двух разных металлов, можно использовать для создания эффекта нагрева или охлаждения, ученые продолжают поиск новых термоэлектрических материалов, которые можно использовать для выработки электроэнергии.
Однако исследователи, пишущие в Nature Materials, говорят, что пора активизировать усилия по поиску новых материалов для термоэлектрического охлаждения.
Соединения теллура висмута использовались для термоэлектрического охлаждения более 60 лет, и исследователи говорят, что тот факт, что уже существует коммерческий спрос на технологию, предполагает, что более качественные материалы могут расширить рынок.
«Большая часть работы сосредоточена на высокотемпературных материалах для производства электроэнергии, но на них пока нет рынка», — сказал Чжифэн Рен, директор Техасского центра сверхпроводимости при Хьюстонском университете и автор статьи. «Охлаждение — это существующий рынок, рынок на миллиард долларов, и в отношении материалов особого прогресса не наблюдается».
Он и соавторы Цзюнь Мао, исследователь из TcSUH, и Ганг Чен, инженер-механик и нанотехнолог из Массачусетского технологического института, призывают уделять больше внимания разработке новых передовых материалов, которые работают при комнатной температуре или близкой к ней.
Все трое были частью группы, которая в 2019 году сообщила в журнале Science о новом материале, который эффективно работает при комнатной температуре, почти не требуя дорогостоящего теллура, основного компонента современного современного материала.
Материал, состоящий из магния и висмута, был почти таким же эффективным, как и традиционный висмут-теллуровый материал. Рен сказал, что работа над улучшением материала продолжается.
Термоэлектрические материалы работают за счет использования потока теплового тока из более теплой области в более прохладную, обеспечивая источник энергии без выбросов. Эти материалы можно использовать для превращения отработанного тепла — от электростанций, автомобильных выхлопных труб и других источников — в электричество, и сообщалось о ряде новых материалов для этого применения, которое требует материалов, способных работать при более высоких температурах.
Термоэлектрические охлаждающие модули представляют собой более сложную задачу, поскольку они должны работать при температуре, близкой к комнатной, что затрудняет достижение высокой термоэлектрической добротности — показателя, используемого для определения того, насколько эффективно работает материал. Термоэлектрические материалы, используемые для выработки электроэнергии, легче достигают высокой добротности, потому что они работают при более высоких температурах — часто около 500 градусов по Цельсию или около 930 по Фаренгейту.
Но у термоэлектрических охлаждающих устройств есть и преимущества: они компактны, работают бесшумно и могут почти мгновенно переключаться между нагревом и охлаждением, что позволяет точно контролировать температуру. Они также работают без образования вредных для озона парниковых газов.
Они используются в основном для небольших приложений, включая транспортировку медицинских принадлежностей и охлаждающих лазерных диодов.
«Для крупномасштабных охлаждающих устройств компрессор по-прежнему более эффективен», — сказал Рен, который также является профессором кафедры физики Андерсона. «Для небольших систем или для любых систем охлаждения, требующих очень точного контроля температуры, обычное охлаждение с приводом от компрессора не так хорошо».
Но открытие новых и лучших материалов могло бы расширить рынок.
«Если вы сможете найти материалы с более высокой добротностью, вы сможете иметь очень конкурентоспособные характеристики для холодильников или даже кондиционеров», — сказал Рен. «Этого еще нет, но я не понимаю, почему этого не может быть в будущем».
Источник истории:
Материалы предоставлены Хьюстонским университетом . Оригинал написан Джинни Кевер. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
