Wat zijn de verschillende soorten thermo-elektrische materialen?
Het thermo-elektrische proces is de directe omzetting van warmte in elektriciteit en weer terug in de verwarming of koeling van een object. Thermo-elektrische materialen kunnen worden gebruikt om temperatuurveranderingen te meten, de werkelijke temperatuur van een object te veranderen en een elektrische lading te genereren, die kan worden gebruikt om energie te genereren. In 2011 waren thermo-elektrische materialen te inefficiënt om bruikbaar te zijn, maar automobielingenieurs proberen ze te gebruiken om verspilde warmte-energie uit een voertuig te halen en om te zetten in bruikbare elektriciteit. Onderzoekers proberen de efficiëntie van thermo-elektrische materialen te verhogen om ze zuiniger te maken, zodat ze kunnen worden gebruikt om goedkope en efficiëntere koelkasten, airconditioners en andere apparaten te maken die koeling vereisen.
Thermo-elektrische processen treden op vanwege het Peltier-effect, dat is het koelen en verwarmen van tegengestelde verbindingen in elektrische circuits die ongelijke halfgeleiders bevatten. Thermo-elektrische materialen kunnen worden gebruikt om koelinrichtingen te creëren of om koeling te verschaffen. Een van de meest gebruikte thermo-elektrische materialen die tegenwoordig wordt gebruikt, is bismut-telluride, een dure verbinding die maar liefst $ 1.000 US dollar (USD) / lb ($ 2.000 USD / kg) kan kosten. Wanneer het goed is voorbereid, produceert dit thermo-elektrische materiaal betrouwbare temperatuurveranderingen tussen 14 en 266 graden F (-10 tot 130 graden C). Thermo-elektrische systemen presteren betrouwbaar en precies zonder het geluid van conventionele verwarmings-, koel- en koelsystemen en zonder milieuschadelijke chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's).
Sinds enkele jaren gebruikt de National Aeronautics and Space Administration (NASA) de kracht van thermo-elektrische materialen om ruimtesondes in de diepste gebieden van de ruimte te voeden, zo ver van de zon dat zonnepanelen nutteloos zijn. Het proces omvat het inbedden van nucleair materiaal in een radio-isotoop thermische generator, waarbij het radiologische verval warmte-energie produceert die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit om de sonde van stroom te voorzien. Dit is hetzelfde proces dat auto-ingenieurs proberen te benutten van de uitlaatwarmte van automotoren - warmte die kan worden omgezet in elektriciteit om de auto van stroom te voorzien.
Onderzoek en ontwikkeling in thermo-elektrische materialen wordt uitgevoerd door het Energy Frontier Research Center van het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Daar hebben onderzoekers en wetenschappers een aantal vrij belangrijke ontdekkingen gedaan, zoals de koppeling van thermische stoornis en elektronische structuren bij een eindige temperatuur. De huidige uitdagingen op dit gebied zijn het identificeren of synthetiseren van nieuwe, nog niet ontdekte, materialen met efficiëntere thermo-elektrische mogelijkheden. Vooruitgang op dit gebied kan de ontwikkeling mogelijk maken van materialen die elektriciteit opwekken uit afvalwarmte, waardoor een duurzame wereldwijde energieoplossing wordt geboden.