Для современного мира характерно желание перейти на чистую энергию, однако на этом пути есть одно большое препятствие — существующие на данный момент терморегуляторы обладают очень низкой производительностью, так как современные термоэлектрические материалы не способны производить достаточный объём энергии.
Чтобы найти оптимальный термоэлектрический материал с необходимым химическим составом, учёным приходится проводить огромное количество экспериментальных исследований. Иногда им приходится задействовать очень дорогие и редкоземельные компоненты.
Исследователи из Университета Хьюстона и Университета Райса сообщили о создании термогенератора с рекордной эффективностью. В нём используется соединение Цинтла p-типа, которое в тестах показало высокие термоэлектрические показатели.
По заверению авторов проекта, при разнице температур в 855 градусов по Фаренгейту, эффективность преобразования тепла в электроэнергию превышает 10%. При этом характеристики материалов оставались неизменными на протяжении большого периода времени — двух лет.
Учёные использовали метод конвергенции электронных зон — такой способ прогнозирования материалов с нужными характеристиками позволяет существенно экономить время и ресурсы. Изначально, чтобы обеспечить нужные показатели, были выбраны четыре ключевых соединения содержащих пять элементов: иттербий, кальций, магний, цинк и сурьму. Далее была выбрана наиболее эффективная смесь для создания термоэлектрического устройства.
«Если бы не было этого способам, нам пришлось экспериментировать и опробовать все имеющиеся возможности. Другого метода просто не было бы. Сначала мы делаем теоретические расчёты, потом проектируем материал, изготавливаем его и тестируем», — рассказали учёные.
Таким образом, новый метод позволяет специалистам максимально точно прогнозировать сближение электронных зон и определять оптимальный состав для разработки высокоэффективных термоэлектрических материалов, которые ложатся в основу термогенераторов, так необходимых при переходе на чистую энергию.
На главном изображении — устройство для измерения эффективности преобразования энергии, созданное исследовательской группой, которое также может измерять температуру охлаждаемой стороны.
