O echipă internațională de oameni de știință condusă de un fizician de la Universitatea din Houston a raportat o nouă abordare în construirea modulelor termoelectrice. Metoda inovatoare permite convertirea energiei pe care o produc în energie fără emisii.
Modulele Peltier sau modulele termoelectrice sunt dispozitive de control termic care au atât efecte de încălzire, cât și de răcire. Prin trecerea curentului electric prin module, este posibil să se schimbe temperatura suprafeței și să se mențină la o limită țintă. Aceste module sunt comune în generarea de energie, deoarece pot fi utilizate atât pentru încălzire, cât și pentru răcire, ceea ce le face foarte potrivite pentru aplicații de control al temperaturii precise.
Într-un articol publicat în revista Nature Energy, cercetătorii de la Universitatea din Houston au declarat că invenția lor folosește nanoparticule de argint pentru a conecta electrozii și straturile de metalizare ale modulelor.
Se preconizează că această lucrare va accelera dezvoltarea modulelor avansate pentru generarea de energie și alte utilizări.
În articol, grupul explică faptul că utilizarea nanoparticulelor de argint a fost testată în ceea ce privește stabilitatea în modulele construite din trei materiale termoelectrice de ultimă generație, proiectate să funcționeze într-un interval larg de temperaturi.
"Materialele termoelectrice au atras un interes tot mai mare datorită potențialului lor ca sursă de energie curată, produsă atunci când materialul converteste căldura - cum ar fi căldura residuală generată de centralele electrice sau alte procese industriale - în electricitate, exploatând fluxul curentului termic de la o zonă mai caldă la o zonă mai rece", notează comunicatul de presă. "Dar pentru a beneficia de această abilitate, este necesară găsirea unui material care să poată conecta părțile calde și reci ale materialului atât electric, cât și termic, fără a interferea cu performanța materialului."
Potrivit oamenilor de știință, materialul de conexiune, sau lipitura, este de obicei topit pentru a crea o interfață între cele două părți. Acest lucru înseamnă că lipitura trebuie să aibă un punct de topire mai ridicat decât temperatura de funcționare a dispozitivului pentru a rămâne stabilă în timpul funcționării acestuia. Dacă materialul termoelectric funcționează la temperaturi mai ridicate, stratul de conexiune se va topi din nou.
Găsirea punctului optim.
Zhifeng Ren, directorul Centrului Texas pentru Supraconductivitate la UH și un autor corespondent al articolului, a remarcat, de asemenea, că dacă materialul de conexiune are un punct de topire prea ridicat, poate cauza probleme deoarece temperaturile ridicate pot afecta stabilitatea și performanța materialelor termoelectrice în timpul procesului de conexiune.
"Materialul de conexiune ideal ar trebui să aibă atât un punct de topire relativ scăzut pentru asamblarea modulului, pentru a nu destabiliza materialele termoelectrice, dar și să poată rezista la temperaturi de operare ridicate fără a se topi din nou", a spus Ren.
Argintul are proprietăți valoroase pentru un astfel de material de conexiune, având o conductivitate termică și electrică ridicate. Cu toate acestea, are și un punct de topire relativ înalt, de 962 de grade Celsius, ceea ce poate afecta stabilitatea multor materiale termoelectrice.
Pentru această lucrare, cercetătorii au profitat de faptul că nanoparticulele de argint au un punct de topire mult mai scăzut decât argintul în masă. Nanoparticulele s-au întors la starea de masă după asamblarea modulului, redobândind punctul de topire mai ridicat pentru operațiuni.
"Dacă transformați argintul în nanoparticule, punctul de topire ar putea fi de doar 400 sau 500 de grade Celsius, în funcție de dimensiunea particulelor. Aceasta înseamnă că puteți utiliza dispozitivul la 600 C sau 700 C fără probleme, atâta timp cât temperatura de operare rămâne sub punctul de topire al argintului în masă, adică 962 C", a spus Ren.
Testarea nanoparticulelor de argint.
Cercetătorii au testat nanoparticulele de argint cu trei materiale termoelectrice bine cunoscute, fiecare dintre ele funcționând la o temperatură diferită.
Un modul bazat pe tellurură de plumb, care funcționează la o temperatură scăzută de aproximativ 300-550 de grade Celsius, a produs o eficiență de conversie căldură-electricitate de aproximativ 11% și a rămas stabil după 50 de cicluri termice.
Ei au utilizat, de asemenea, nanoparticulele de argint ca material de conexiune în modulele care utilizează tellurură de bizmut la temperaturi scăzute și un material de înaltă temperatură jumătate-Heusler, indicând faptul că conceptul ar funcționa pentru o varietate de materiale și scopuri termoelectrice.
Ren a declarat că se utilizează diferite materiale în funcție de sursa de căldură prevăzută, pentru a asigura că materialele pot rezista căldurii aplicate.
"Dar acest articol demonstrează că, indiferent de material, putem utiliza aceleași nanoparticule de argint pentru lipitură, atâta timp cât căldura aplicată nu depășește 960 de grade Celsius, pentru a rămâne sub punctul de topire al argintului în masă."
Sursa: https://www.mining.com
De asemenea, v-ar putea interesa și:
0 Comentarii