Was sind die verschiedenen Arten von thermoelektrischen Materialien?
Der thermoelektrische Prozess ist die direkte Umwandlung von Wärme in Elektrizität und wieder zurück beim Heizen oder Kühlen eines Objekts. Mit thermoelektrischen Materialien können Temperaturänderungen gemessen, die tatsächliche Temperatur eines Objekts geändert und eine elektrische Ladung erzeugt werden, mit der Strom erzeugt werden kann. Im Jahr 2011 waren thermoelektrische Materialien zu ineffizient, um nützlich zu sein, aber Automobilingenieure versuchen, sie zu nutzen, um verschwendete Wärmeenergie aus einem Fahrzeug zu gewinnen und in nutzbaren Strom umzuwandeln. Die Forscher versuchen, die Effizienz thermoelektrischer Materialien zu steigern, um sie wirtschaftlicher zu machen, damit sie zur Herstellung kostengünstiger und effizienter Kühlschränke, Klimaanlagen und anderer Geräte verwendet werden können, die gekühlt werden müssen.
Thermoelektrische Prozesse treten aufgrund des Peltier-Effekts auf, der das Kühlen und Erwärmen entgegengesetzter Übergänge in elektrischen Schaltkreisen mit unterschiedlichen Halbleitern ist. Thermoelektrische Materialien können verwendet werden, um Kühlvorrichtungen zu schaffen oder Kühlung bereitzustellen. Eines der heute gebräuchlichsten thermoelektrischen Materialien ist Wismuttellurid, eine teure Verbindung, die bis zu 1.000 US-Dollar (USD) / lb (2.000 USD / kg) kosten kann. Bei richtiger Vorbereitung erzeugt dieses thermoelektrische Material zuverlässige Temperaturänderungen zwischen -10 und 130 ° C (14 bis 266 ° F). Thermoelektrische Systeme arbeiten zuverlässig und präzise ohne die Geräusche herkömmlicher Heiz-, Kühl- und Kühlsysteme und ohne umweltschädliche Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).
Seit einigen Jahren nutzt die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA) die Kraft thermoelektrischer Materialien, um Raumsonden in den tiefsten Bereichen des Weltraums so weit von der Sonne entfernt anzutreiben, dass Sonnenkollektoren unbrauchbar sind. Der Prozess beinhaltet das Einbetten von Kernmaterial in einen Radioisotop-Thermogenerator, in dem der radiologische Zerfall Wärmeenergie erzeugt, die dann in Elektrizität umgewandelt wird, um die Sonde mit Strom zu versorgen. Dies ist derselbe Prozess, den Automobilingenieure versuchen, die Abwärme von Automotoren zu nutzen - Wärme, die zur Stromversorgung des Autos in Elektrizität umgewandelt werden kann.
Die Forschung und Entwicklung im Bereich thermoelektrischer Materialien wird vom Energy Frontier Research Center am Massachusetts Institute of Technology (MIT) durchgeführt. Dort haben Forscher und Wissenschaftler einige bedeutende Entdeckungen gemacht, wie die Kopplung von thermischer Störung und elektronischen Strukturen bei endlicher Temperatur. Die aktuellen Herausforderungen auf diesem Gebiet bestehen darin, neue, noch unentdeckte Materialien mit effizienteren thermoelektrischen Fähigkeiten zu identifizieren oder zu synthetisieren. Fortschritte auf diesem Gebiet könnten die Entwicklung von Materialien ermöglichen, die aus Abwärme Strom erzeugen und eine nachhaltige globale Energielösung darstellen.