Tohtori Tony Shien-Ping Feng Hongkongin yliopistolta ryhmineen on kehitellyt suoratoimisen termisen varauskennoston (DTCC), joka voi tehokkaasti muuntaa lämpöä sähköksi. Erilaista heikkolaatuista hukkalämpöä on runsaasti saatavana teollisuusprosesseista, ympäristöstä ja geotermisenä energiana. Tohtori Feng toteaa, että tehokas heikkolaatuisen lämmön talteenotto voi auttaa vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä, mutta nykyiset tekniikat tämän lämmön muuntamiseksi sähköksi ovat edelleen kaukana optimista.
DTCC tuottaa yli 3,5 prosenttia muuntohyötysuhteen, ylittäen kaikki olemassa olevat lämpösähkökemialliset ja lämpösähköiset järjestelmät, mitkä ovat joko liian kalliita tai monimutkaista tai liian heikkotehoisia päivittäisiin sovelluksiin.
Uusi lämpövarauskenno käyttää epäsymmetrisiä elektrodeja: grafeenioksidi/platina- eli GO/Pt-katodia ja polyaniliini- eli PANI-anodia Fe2+/Fe3+ -redox-elektrolyytissä. Lämmitettäessä kenno tuottaa jännitettä pseudokapasitiivisen vaikutuksen kautta ja purkautuu sitten jatkuvasti hapettamalla PANI-anodia.
Energianmuutos toimii jatkuvasti isotermisessä lämmössä koko varaus- ja purkuprosessin ajan. Järjestelmä voi itsestään uudistua jäähtyessään.
Wienin teknisen yliopiston tutkijat ovat puolestaan onnistuneet kehittämään täysin uuden lämpösähköisen materiaalin, jonka ZT-arvo on 5-6. Tähän mennessä parhaat mitatut lämpösähköiset ZT-arvot ovat noin 2,5-2,8. Hyvän lämpösähköisen materiaalin tulisi johtaa sähköä mahdollisimman hyvin, mutta toisaalta kuljettaa lämpöä mahdollisimman huonosti.
Uusi materiaali on rauta-, vanadiini-, volframi- ja alumiinikerros, joka levitetään piikiteisiin. Ohutkalvoisten lämpö- ja elektroniikkaominaisuudet perustuvat Fe2V0,8W0,2Al -Heusler-seokseen, joka on valmistettu magnetroniruiskutuksella.
Uuden materiaaliyhdisteen atomijärjestelyn säännöllisyyden ja epäsäännöllisyyden sekoitus muuttaa sen elektronista rakennetta.- Sähkövaraus liikkuu materiaalin läpi tavalla, joka suojaa sitä sirontaprosesseilta. Osaa materiaalin läpi kulkevia varauksista kutsutaan Weyl-fermioneiksi, professori Ernst Bauer toteaa. Tällä tavalla saavutetaan erittäin pieni sähköinen resistanssi.
Toisaalta hilan värähtelyt, jotka kuljettavat lämpöä korkean lämpötilan paikoista matalan lämpötilan puolelle, on estetty kiderakenteen epäsäännöllisyyksillä ja tästä syystä lämmönjohtavuus on vähäisempi.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.11.2019
