Какие бывают типы термоэлектрических материалов?

Термоэлектрический процесс - это прямое преобразование тепла в электричество и обратно при нагревании или охлаждении объекта. Термоэлектрические материалы могут использоваться для измерения изменений температуры, изменения фактической температуры объекта и генерирования электрического заряда, который можно использовать для выработки энергии. В 2011 году термоэлектрические материалы были слишком неэффективны, чтобы быть полезными, но инженеры-автомобилисты пытаются использовать их для сбора потраченной тепловой энергии из транспортного средства и превращения ее в полезное электричество. Исследователи пытаются повысить эффективность термоэлектрических материалов, чтобы сделать их более экономичными, чтобы их можно было использовать для создания недорогих и более эффективных холодильников, кондиционеров и других устройств, требующих охлаждения.

Термоэлектрические процессы происходят из-за эффекта Пельтье, который заключается в охлаждении и нагреве противоположных контактов в электрических цепях, содержащих разнородные полупроводники. Термоэлектрические материалы могут быть использованы для создания охлаждающих устройств или для обеспечения охлаждения. Одним из распространенных термоэлектрических материалов, используемых сегодня, является теллурид висмута, дорогостоящее соединение, которое может стоить до 1000 долларов США / фунт (2000 долларов США / кг). При правильной подготовке этот термоэлектрический материал обеспечивает надежные изменения температуры в диапазоне от 14 до 266 градусов F (от -10 до 130 градусов C). Термоэлектрические системы работают надежно и точно без шума обычных систем отопления, охлаждения и охлаждения и без вредных для окружающей среды хлорфторуглеродов (ХФУ).

В течение нескольких лет Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) использовало мощность термоэлектрических материалов для питания космических зондов в самых глубоких уголках космоса, настолько далеко от солнца, что солнечные панели бесполезны. Процесс включает в себя введение ядерного материала в радиоизотопный тепловой генератор, в котором радиологический распад производит тепловую энергию, которая затем преобразуется в электричество для питания зонда. Это тот же процесс, который автомобильные инженеры пытаются использовать от выхлопных газов автомобильных двигателей - тепла, которое может быть преобразовано в электричество для питания автомобиля.

Исследования и разработки в области термоэлектрических материалов проводятся Центром энергетических исследований в Массачусетском технологическом институте (MIT). Там исследователи и ученые сделали несколько довольно значительных открытий, таких как связь теплового беспорядка и электронных структур при конечной температуре. Текущие проблемы в этой области заключаются в определении или синтезе новых, еще не открытых, материалов с более эффективными термоэлектрическими возможностями. Достижения в этой области могут позволить разработку материалов, которые вырабатывают электроэнергию из отработанного тепла, обеспечивая устойчивое глобальное энергетическое решение.