Nepaprasta nauja medžiaga paverčia atliekas energija

Abstrakti energijos gamybos samprata

Išgrynintas lakštinis selenidas turi labai aukštą šilumos laidumą.

Atkaklumas: NASA 2020 m Astronautą čia, Žemės planetoje, maitina kažkas labai pageidautino – termoelektrinis prietaisas, kuris šilumą paverčia naudinga elektros energija.

Šilumos šaltinis Marse yra radioaktyvusis plutonio skilimas, o prietaiso konversijos efektyvumas yra 4-5%. Tai pakankamai gera, kad galėtume atlikti atkaklumą – savo veiksmus, tačiau jis nėra pakankamai geras pritaikymams Žemėje.

Mokslininkų komanda iš Šiaurės vakarų universiteto ir Seulo nacionalinio Korėjos universiteto dabar pademonstravo aukštos kokybės praktinės formos termoelektrinę medžiagą, kurią galima naudoti kuriant prietaisus. Medžiaga, išgrynintas polikristalinės formos lakštinis selenidas, lenkia monokristalinį kiaušinį, paversdamas šilumą į elektros energiją, todėl tai yra pati efektyviausia termoelektrinė sistema. Tyrėjai sugebėjo pasiekti aukštą transformacijos lygį po to, kai buvo atrasta oksidacijos problema – pašalinimas, dėl kurio ankstesniuose tyrimuose buvo sutrikęs našumas.

Polikristalinis alavo selenidas gali būti sukurtas naudoti kietojo kūno šiluminėse elektrinėse daugelyje pramonės šakų ir sutaupyti daug energijos. Pagrindinis taikymo tikslas yra pramoninių atliekų, pvz., Elektrinių, automobilių pramonės, stiklo, plytų gamyklų, absorbavimas ir pavertimas elektra. Apskritai daugiau kaip 65% energijos, pagaminamos iš iškastinio kuro, prarandama kaip atliekų šiluma.

Lakštas Selenide kamuolys

Rafinuotas lapo selenidas rutulio pavidalu. Medžiaga turi labai aukštą šilumos laidumą. Paskola: Šiaurės vakarų universitetas

„Oe termoelektriniai prietaisai yra naudojami, bet tik tokiose srityse kaip Marso roveris“, – sakė šiaurės vakarų chemikas Mercury Kanacidis, kuris specializuojasi naujų medžiagų projektavime. “Šie prietaisai nėra sugauti kaip kraujo ląstelės. Gerai gaminant baterijas kyla rimtų iššūkių. Mes sutelkiame dėmesį į pigių, našių medžiagų kūrimą ir platesnį varomųjų jėgainių naudojimą šiluminėse elektrinėse.

Canatzidis, Charlesas E. Ir Emma H. Morrisonas yra Weinbergo menų ir mokslų kolegijos chemijos profesorius ir tyrimo bendraautorius. Jis turi bendrą susitikimą su Argonne nacionaline laboratorija.

Duomenys apie termoelektrinę medžiagą ir jos rekordinius rodiklius buvo paskelbti 2021 m. Rugpjūčio 2 d Gamtos medžiagos,

Jis yra kitas laikraščio bendraautorius Seulo nacionaliniame universitete Chunge. Abraomas Harrisas, Šiaurės vakarų McCormick inžinerijos mokyklos medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, yra vienas iš vyresniųjų tyrimo autorių. „Dravid“ yra ilgametis „Kanatzidis“ partneris.

Kanacidis sako, kad termoelektriniai įtaisai jau yra gerai apibrėžti, tačiau dėl to jie veikia gerai arba ne, yra viduje esanti termoelektrinė medžiaga. Viena prietaiso pusė yra karšta, o kita – šalta. Termoelektrinė medžiaga yra viduryje. Šiluma teka per medžiagą, մի dalis šilumos virsta elektra, kuri iš prietaiso išeina per laidus.

Medžiaga turi turėti labai mažą šilumos laidumą, išlaikant gerą elektros laidumą, kad būtų veiksmingai paverčiama atliekų šiluma. Ir kadangi šilumos šaltinis gali siekti 400–500 laipsnių Celsijaus, medžiaga turi būti stabili esant labai aukštai temperatūrai. Šie kiti iššūkiai apsunkina termoelektrinių prietaisų gamybą nei kraujo ląstelės.

„Įvyko kažkas velniško“

2014 m. Kanacidis և ir jo komanda paskelbė atradę nuostabią medžiagą, kuri buvo geriausia pasaulyje, paverčiant šilumą atliekomis į naudingą elektros energiją. Nepaisant šio atradimo, vieno kristalo kiaušinis yra nepraktiškas masinei gamybai dėl savo trapumo ir polinkio luptis.

Reikėjo polikristalinio lakšto selenido, kuris yra stipresnis, gali būti supjaustytas arba suformuotas naudoti, todėl tyrėjai kreipėsi į šios rūšies medžiagą. Nemaloniai nustebinti, jie nustatė, kad medžiagos šilumos laidumas yra didelis, o ne norimas žemas lygis, randamas viename kristale.

„Supratome, kad vyksta kažkas velniško“, – sakė Kanacidis. „Tikėtasi, kad polikristalinio lakšto selenidas neturės didelio šilumos laidumo, tačiau taip buvo. Turėjome problemą “.

Atidžiau apžiūrėję mokslininkai ant medžiagos aptiko oksiduotą alavo odą. Šiluma tekėjo per laidžią odą, padidindama šilumos laidumą, o tai nepageidautina termoelektriniame prietaise.

Yra sprendimas, atidarant duris

Žinodama, kad oksidacija atsiranda tiek iš paties proceso, tiek iš pradinių medžiagų, Korėjos komanda rado būdą, kaip pašalinti deguonį. Tuomet mokslininkai galėjo gaminti selenido granules be deguonies, kurias vėliau išbandė.

Tikrasis polikristalinio arklio šilumos laidumas buvo išmatuotas ir pasirodė esąs mažesnis nei iš pradžių tikėtasi. Kaip termoelektrinis prietaisas, kuris šilumą paverčia elektra, jo veikimas pranoko monokristalinio kiaušinio našumą, todėl jis buvo pats efektyviausias.

Šilumos perdavimo efektyvumą atliekų šiluminėje elektrinėje atspindi jos „nuopelnų skaičius“, vadinamas ZT. Kuo didesnis skaičius, tuo geresnis konversijos koeficientas. Anksčiau buvo nustatyta, kad vieno kristalinio alavo selenido ZT buvo maždaug 2,2–2,6 ties 913 Kelvino. Šiame naujame tyrime mokslininkai nustatė, kad rafinuotas lakštinis selenidas polikristalinės formos ZT buvo apie 3,1, esant 783 Kelvino laipsniams. Jo šilumos laidumas buvo ypač žemas nei pavienių kristalų.

„Tai atveria duris naujiems prietaisams, pagamintiems iš polikristalinių lakštų selenido rutulių, ištirti jų pritaikymą“, – sakė Kanacidis.

„Northwestern“ priklauso intelektinė alavo selenido nuosavybė. Galimos termoelektrinių medžiagų naudojimo sritys yra automobilių pramonė (didžioji dalis benzino energijos išeina iš transporto priemonės vamzdžių), sunkioji pramonė (pvz., Stiklo ir plytų gamyklos, naftos perdirbimo gamyklos, anglies ir dujų jėgainės). as Vietos, kuriose nuolat veikia dideli degimo varikliai (pavyzdžiui, dideliuose laivuose եր cisternose).

Nuoroda. „Polikristalinis SnSe, kurio termoelektrinė vertė yra daugiau nei vienas kristalas“, Chonjian Zhou, Yong Kyu Li, Yuan Yu, Sejin Byun, Zhong-Chen Lu, Hyunseok Li, Bangzi Ge, Ya-Li Li, Ji Ji-chi Kojokaru-Miredin , Hyunju Chang, ino Imo, Sung-Pyo Cho, Matthias Wuttig, Vinayak P. Dravidas, Merkurijus G. Kanacidis, Čunge, 2021 m Rugpjūčio 2 d. Gamtos medžiagos,
DOI: 10.1038 / s41563-021-01064-6:

Tyrimą finansavo Korėjos nacionalinio tyrimų fondo (NRF) dotacija, kurią finansavo Korėjos vyriausybė (NRF-2020R1A2C2011111), ir Nano · Medžiagų technologijų plėtros programa per NRF dotaciją, kurią finansavo Korėjos vyriausybė (NRF-2017M3A և B27) ). 2017M3A7B4049273) Basic Pagrindinių mokslų institutas (IBS-R009-G2).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasukite 3D ritmą Marse ir ištirkite NASA ištvermę

NASA „Mars Perseverance“ roveris rodomas jo stotelėje prie Jezero kraterio, tokiu būdu peržiūrėjus iš „Naršykite ištvermingai“ 3D žiniatinklyje. Šis interaktyvus žiniatinklio įrankis turi...

Prieš 400 000 metų senovės žmonės išsaugotus dramblius pavertė nuostabiais kaulų instrumentais

Kaulų įrankiai buvo iškasti iš Castel di Guido Italijoje. Kreditas: Villa ir kt. 2021 PLOS TASI Senovės žmonės galėjo padaryti nuostabių dalykų su...

Šimtai erelio ruonių, apvyniotų meškerėmis ir tinklais, kasmet sukelia siaubingus sužalojimus ir skaudžias mirtis.

Žvejybos tinklai ir tinklai daro didelę įtaką kailių ruoniams (Arctocephalus pusillus), labiausiai paplitę jūrų žinduoliai, buvo pastebėti Pietų Afrikos ir Namibijos pakrantėse, kur jie...

FDP balsavo 16: 2 ir atmetė Piper vakcinos „oster A“ vakcinos platinimą plačiajai visuomenei.

Šiuo metu nėra trečiosios Kovid-19 vakcinos. Pirmaujanti Maisto ir vaistų administracijos (FDA) mokslinė patariamoji taryba balsavo už tai, kad plačiajai visuomenei būtų atsisakyta suteikti „Pfizer“...

Elon Musk Tesla Bot kelia rimtą susirūpinimą

„Tesla“ kitais metais ketina pristatyti humanoidinio roboto prototipą. Paskola: Tesla Elonas Muskas paskelbė apie humanoidinį robotą, skirtą padėti šioms pasikartojančioms, varginančioms užduotims, kurių žmonės...

Newsletter

Subscribe to stay updated.