Koreai kutatók egy új, méretezhető eljárást dolgoztak ki, amely lehetővé teszi a hő közvetlen villamos energiává alakítását. A Koreai Kémiai Technológiai Kutatóintézet (KRICT) által fejlesztett, környezetbarát termoelektromos anyag ezüst-szelenid (Ag₂Se) alapú, és előállítása a hagyományos technológiákhoz képest jóval enyhébb hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett történik.
A termoelektromos (TE) anyagok egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy képesek a hő és az elektromos energia közötti közvetlen átalakításra – mindkét irányban. Ez a képesség kiemelt figyelmet irányít rájuk az energiatechnológiák területén, különösen az elektronikai hűtés és a hulladékhő hasznosítása kapcsán.
A kutatócsoport ezüst-szelenidet alkalmazott, amely viszonylag gyakori elemekből (ezüst és szelén) épül fel, így a jelenlegi megoldásoknál egyszerűbb és környezetkímélőbb alternatívát kínál. Az anyagot oldatalapú eljárással szintetizálták nanorészecskék formájában, majd többlet szelén hozzáadásával szelénben gazdag összetételt (Ag₂Se₁.₂) hoztak létre. Egy ezt követő, viszonylag egyszerű hőkezeléssel sűrű, tömbös termoelektromos anyagot állítottak elő.
A technológia várhatóan jól alkalmazható lesz kis teljesítményű energiatermelő rendszerekben, például ipari folyamatokban, adatközpontokban vagy napenergia-hasznosító rendszerekben, ahol a keletkező hő egy része villamos energiává alakítható. Hosszabb távon akár hordható IoT-eszközök és egészségügyi szenzorok energiaellátásában is szerepet kaphat.
A fejlesztés egyik kulcsa a szelén alacsony olvadáspontjának kihasználása. Hőkezelés során a szelén folyékony fázisba kerül, és behatol az Ag₂Se szemcsék közé, elősegítve azok növekedését és tömörödését. Ez javítja a szemcsék közötti kapcsolatot, csökkenti a porozitást, és kedvezően befolyásolja az anyag elektromos és hővezetési tulajdonságait.
A kutatás eredményeit az Advanced Composites and Hybrid Materials folyóiratban publikálták. A tanulmány szerint az Ag₂Se₁.₂ jelentős teljesítménytényezőt és alacsonyabb rácsos hővezetést mutat, ami 393 K hőmérsékleten kiemelkedő hatékonyságot eredményezett. Az anyag jól alakítható tulajdonságai lehetővé teszik hengeres termoelektromos generátorok kialakítását is, amelyek különböző hőmérséklet-különbségek mellett stabil működésre képesek.
A kutatók szerint az alkalmazott megközelítés nemcsak az Ag₂Se termoelektromos teljesítményét javítja, hanem mechanikai tulajdonságait is jelentősen erősíti: a nyomószilárdság és a Young-modulus több mint kétszeresére nőtt. Ez lehetővé teszi az anyag alkalmazását összetettebb, akár ívelt vagy rugalmas eszközökben is.
A termoelektromos rendszerek működése két alapvető fizikai jelenségen alapul: a Peltier-effektus során az elektromos áram hőelvonást vagy -leadást idéz elő, míg a Seebeck-effektus esetében a hőmérséklet-különbség elektromos feszültséget generál.
Forrás és fotó: New eco-friendly thermoelectric material turns heat into electricity
