V Rusku vyvíjajú unikátny materiál pre alternatívnu energetiku

Moskva 4. júna 2021 (HSP/Sputnik/Foto:TASR – Michal Svítok)

Vedci z Národnej výskumnej univerzity Miete začali vývoj unikátnych nanomateriálov na účinné získanie elektriny s použitím teplotného spádu. Projekt naplánovaný do roku 2023 podľa autorov môže radikálne zvýšiť kapacity tohto odvetvia alternatívnej energetiky. O začatí vývoja informovala univerzita

Termoelektrické generátory sú jednoduché a spoľahlivé zdroje elektrickej energie, ktoré nepotrebujú obsluhu. Tieto systémy sa používajú na meteorologických staniciach, majákoch, seizmických skeneroch, automatickom zariadení na kozmických lodiach, ponorkách a ropných vrtoch, taktiež za účelom katódovej ochrany potrubia.

Tieto systémy čerpajú energiu z teplotného spádu medzi horúcim a studeným koncom termočlánku, ich základ spočíva v seebeckovom jave, ide o vznik elektrického napätia medzi dvoma koncami elektrického obvodu, ktoré majú rôzne chemické zloženie a rôznu teplotu v mieste styku. Chybou podobných generátorov je nízky koeficient produktivity práce, asi 6-8%, a vysoká cena energie, približne 30 dolárov za 1 Watt.

Použitie nových materiálov

Kľúčom k vývoju tepelných elektrogenerátorov novej generácie sú nové materiály s nízkou tepelnou vodivosťou a vysokou elektrickou vodivosťou, vysvetlili vedci. Tradične sa používajú tuhé roztoky polovodičov navrhnuté sovietskym akademikom Ioffom. V týchto materiáloch tvoria atómy rôznych prvkov spoločnú kryštalickú mriežku s nestálou štruktúrou, čo podľa vedcov umožní znížiť tepelnú vodivosť bez veľkých strát v elektrickej vodivosti.

Odborníci z výskumnej univerzity Miete navrhli zdokonalenie Ioffovho zastaraného spôsobu pomocou nanotechnológií. Cieľ nového projektu vedcov spočíva vo všestrannom objavovaní problému a predností rôznych typov nanoštruktúr, ktoré sa dajú vyvinúť na základe tuhých roztokov polovodičov.

“Tepelné elektrické materiály majú mať veľmi nízku tepelnú vodivosť, približne ako sklo. Chceme to dosiahnuť znížením mriežkovej tepelnej vodivosti vďaka vytvoreniu zvláštnej nanoštruktúry. Keď bude nájdený spôsob zvýšenia tepelných elektrických vlastností materiálov aspoň dvoj – alebo trojnásobne, potom tento druh energetiky bude rovnako účinný ako tradičný,” povedal vedúci projektu, profesor Ústavu perspektívnych materiálov a technológií Národnej výskumnej univerzity Miete Alexej Šerčenkov.

Nové tepelné elektrogenerátory môžu podľa vedcov vytvoriť výbornú alternatívu veterných mlynov a slnečných batérií, ktoré potrebujú celý rad podmienok pre efektívne fungovanie. Plánovaná hranica pracovných teplôt nových materiálov činí viac ako 900 stupňov Celzia.

“Pre ovládanie zostavy, štruktúry a parametrov spracovania nových materiálov potrebujeme podrobne preskúmať ich tepelné a elektrické fyzikálne parametre. Nanoštruktúra nie je rovnovážny stav materiálu, preto nie je ľahkou úlohou urobiť ju stabilnou, napríklad voči pravidelnému zahrievaniu na takmer tisíc stupňov,” poznamenal profesor z Ústavu perspektívnych materiálov a technológií Národnej výskumnej univerzity Miete Jurij Štern.

Práca na technológii získania nových tepelných elektrických materiálov má byť ukončená v roku 2023. Projektu, ktorý dostal grant Ruského vedeckého fondu № 21-19-00312, sa zúčastňujú postgraduálni študenti a mladí vedci z univerzity Miete.