Ученые, находящиеся в авангарде быстрорастущей области производства термоэлектрической энергии, обнаружили, что металлы и металлоидные соединения, построенные на основе сурьмы, свинца, меди, олова и висмута, обладают потенциалом для помощи в разработке более эффективных материалов и устройств для рекуперации энергии, что является критически важной областью. необходимости, поскольку мировое научное сообщество ищет пути сокращения выбросов парниковых газов.

Исследовательская группа под руководством профессора Лоуренса Ву с факультета материаловедения и инженерии Городского университета Хонга опубликовала обзор недавних исследований, направленных на поиск более эффективных и действенных термоэлектрических материалов.

Обзор был опубликован 21 октября в Nano Research Energy.

Исследования, включенные в обзор исследовательской группы, были сосредоточены конкретно на исследованиях, в которых проводились эксперименты с заменой различных соединений металлов, называемых халькогенидами, которые распространены в секторе возобновляемых источников энергии и используются в таких приложениях, как фотоэлектрические элементы, батареи, датчики и топливные элементы. немного. Общим для таких соединений является то, что все они имеют тенденцию действовать как катализатор между двумя или более формами энергии.

Хотя известно, что термоэлектрические материалы существуют с конца 1800-х годов, идея использования их способности улавливать тепловую энергию в виде электрического тока не изучалась более интенсивно до середины 20- ^го века, когда научное сообщество начало исследовать космос и нуждалось в способы питания спутников и других космических аппаратов в течение длительного времени.

В обзоре отмечается, что около 90 процентов энергии, потребляемой человеческой деятельностью, генерируется тепловыми процессами и в конечном итоге рассеивается в виде тепла, что иллюстрирует огромные возможности, связанные с разработкой более эффективных способов улавливания отработанного тепла на заводах, электростанциях , от транспортных средств и даже снаружи зданий. в жарком климате.

«Выработка энергии, вероятно, станет главной научной задачей в ближайшие годы. Неблагоприятное воздействие ископаемого топлива на окружающую среду побуждает к исследованиям альтернативных источников энергии », — сказал Ву. «Исследования показали, что возобновляемые источники энергии могут предложить многообещающую стратегию для решения проблемы, среди которой выделяется термоэлектрическая технология».

Ву и его команда изучили исследования метода разработки термоэлектрических материалов, называемого изовалентным замещением, который относится к механизму замещения атома-хозяина атомом примеси, когда атом примеси обладает тем же числом валентности, что и атом-хозяин.

«Этот метод открыл новый подход, который приводит к более высокой плотности заряда и подвижности электронов в этих новых материалах», — сказал Ву. «Цель состоит в том, чтобы вернуть как можно больше энергии в виде электрического заряда, и эти термоэлектрические материалы — особенно тот, который мы исследовали на основе элементов висмута и церия, — отвечают этим требованиям».

Другие халькогениды металлов, построенные на основе свинца, галлия, меди, германия и олова, продемонстрировали характеристики, которые соперничали друг с другом в зависимости от температуры, давления и типа изовалентного замещения. Висмут-теллур и соединение висмута-сурьмы-теллура выделялись как лучший термоэлектрический материал, который команда обнаружила среди рассмотренных исследований.

«В заключение следует отметить, что система изовалентного замещения является эффективным методом легирования для улучшения характеристик термоэлектрического материала», — сказал Ву.

«Это говорит нам о том, что по-прежнему существует огромный неиспользованный потенциал для разработки материалов, которые повысят эффективность и ассортимент электромобилей, помогут правительствам и промышленности сократить использование ископаемого топлива и даже проложат путь для поддержания человечества в будущем. колонии на Луне и на Марсе, где будут необходимы альтернативы солнечной энергии для производства и хранения энергии. Мы планируем продолжать следить за новыми разработками в области термоэлектрической генерации».