Перетворення відпрацьованого тепла на потужність - ScienceDaily
Що спільного у автомобільного двигуна, електростанції, заводу та сонячної батареї? Всі вони виробляють тепло - багато чого витрачається даремно.
Фізики Університету Арізони відкрили новий спосіб збирання відпрацьованого тепла та перетворення його на електричну енергію.
Використовуючи теоретичну модель так званого молекулярного термоелектричного пристрою, ця технологія має великі перспективи для підвищення ефективності автомобілів, електростанцій, заводів та сонячних панелей, щоб назвати декілька можливих застосувань. Крім того, більш ефективні термоелектричні матеріали робили б озоноруйнуючі хлорфторуглероди або ХФУ застарілими.
Дослідницька група під керівництвом Чарльза Стаффорда, доцента фізики, опублікувала свої висновки у вересневому номері наукового журналу ACS Nano.
"Термоелектричність дозволяє чисто перетворювати тепло безпосередньо в електричну енергію в пристрої без рухомих частин", - сказав провідний автор Джастін Бергфілд, кандидат докторських наук в Коледжі оптичних наук UA.
"Наші колеги в галузі кажуть нам, що вони впевнені, що пристрої, розроблені нами на комп'ютері, можуть бути побудовані з тими характеристиками, які ми бачимо в наших моделюваннях".
"Ми передбачаємо, що термоелектрична напруга, використовуючи нашу конструкцію, буде приблизно в 100 разів більшою, ніж те, що досягли інші в лабораторії", - додав Стаффорд.
Уловлювання енергії, втраченої за рахунок відпрацьованого тепла, вже давно входить до списку бажань інженерів, але поки що відсутня концепція заміни існуючих пристроїв, яка є більш ефективною та економічно конкурентоспроможною.
На відміну від існуючих пристроїв для перетворення тепла, таких як холодильники та парові турбіни, пристрої Bergfield та Stafford не потребують механіки та хімічних речовин, що руйнують озоновий шар. Натомість подібний каучуку полімер, затиснутий між двома металами, що діють як електроди, може зробити свою справу.
Автомобільні або заводські вихлопні труби можуть бути покриті матеріалом товщиною менше 1 мільйонної дюйма, щоб збирати енергію, інакше втрачену внаслідок нагрівання, та виробляти електроенергію.
Фізики користуються перевагами законів квантової фізики, царини, яку зазвичай не застосовують при розробці енергетичних технологій. Для непосвячених закони квантової фізики, здається, летять перед тим, як "повинні" поводитися речі.
Ключ до технології полягає в квантовому законі, який фізики називають подвійністю хвильових частинок: крихітні предмети, такі як електрони, можуть поводитися як хвиля, так і як частинка.
"У певному сенсі електрон - це як червоний спортивний автомобіль", - сказав Бергфілд. "Спортивний автомобіль - це і автомобіль, і червоний, так само, як електрон є і частинкою, і хвилею. Ці два властивості однакові. Електрони для нас просто менш очевидні, ніж спортивні машини".
Бергфілд і Стаффорд виявили потенціал перетворення тепла в електрику, коли вивчали поліфенілові ефіри, молекули, які спонтанно агрегуються в полімери, довгі ланцюги повторюваних одиниць. Основа кожної молекули поліфенілового ефіру складається з ланцюга бензольних кілець, які, в свою чергу, побудовані з атомів вуглецю. Структура ланцюгової ланцюга кожної молекули діє як «молекулярний дріт», по якому електрони можуть рухатися.