خبر خوب برای صنایع مصرف کننده انرژی انبوه

دانشمندان در رویکردی جدید توانستند از ماده‌ای استفاده کنند که کارایی مواد ترموالکتریک را برای تولید انبوه انرژی افزایش می‌دهد.

کد خبر: ۸۹۱۰۹۱

جمعه - ۳۰ آبان ۱۳۹۹ / November 20, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو؛ مواد ترموالکتریکی گرما را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند که این امر آن‌ها را با توجه به اینکه صنایع می‌توانند دوسوم انرژی مصرفی خود را به عنوان گرما هدر دهند، برای تولید انرژی پایدار بسیار جالب توجه می کند. اما در حال حاضر، تولید انبوه انرژی ترموالکتریکی بعلت بازده کم انرژی محدود می شود. اکنون دانشمندان مواد نه تنها توانسته اند توضیح دهند که چگونه ساختار‌های نانو در مواد ترموالکتریک می توانند بهره وری انرژی را بهبود بدهند، بلکه یک روش تجاری مناسب برای تولید نانو مواد ترموالکتریک ساختاریافته با افزایش احتمال تولید انبوه انرژی ترموالکتریک پیشنهاد کردند.

دانشمندان با کار محققان کره جنوبی که روی یک ماده معروف ترموالکتریک به نام NbCoCn کار می کردند، تحقیقات خود راشروع کردند. دانشمندان بیان کردند که این ساختار اساسا بلوری است و می توان عنصر خاصی را درون آن قرار داد. در این پروژه آن‌ها از عناصر نیوبیوم، کبالت و قلع استفاده کردند و با تغیر مقادیر و موقعیت عناصر توانستند کارایی ماده را در حالت های مختلف مشاهده کنند.

آنچه از نتایج تحقیقات مشخص شد این بود که در یک درجه حرارت خاص، انواع خاصی از ساختار‌های نانو در این ماده تشکیل شده است. افزودن یک یا دو اتم کبالت در موقعیت های خاص باعث افزایش عملکرد شد و اهمیت کبالت در این ماده را مشخص کرد. دانشمندان همچنین توانستند اثری به نام فیلتراسیون انرژی را نیز نشان دهند. آن‌ها بیان کردند که با فیلتر کردن الکترون های کم انرژی و اجازه عبور الکترون های با انرژی زیاد، می توان بازده را افزایش داد. این اثر نانوساختار نام دارد. در این اثر نانوساختار‌ها در ماده تشکیل شده و بعنوان مانع عمل می کنند. با تشکیل نانوساختار‌ها و رابط ها می توان الکترون های کم انرژی را مسدود کرده و کارایی کلی را افزایش داد.

در نهایت شبیه سازیهای دانشمندان نشان داد که به دو دلیل بهره وری انرژی افزایش می یابد. اول وجود کبالت اضافی در موقعیت مناسب و دوم استفاده از اثر فیلتر انرژی است که می تواند در بهره وری انرژی تاثیر داشته باشد.

علاوه بر این، درک بهتر کارایی بالای ماده حرارتی الکتریکی نانوساختار، روشی بهتر و کاربردی برای تولید انرژی ترموالکتریک را نشان می دهد. در حال حاضر مواد حرارتی الکترونیکی با ساختار نانو از طریق یک فرآیند طولانی و سخت در خرد کردن و گرم کردن سازه‌های از قبل ساخته شده، ساخته می‌شوند، که هم زمان بر است و هم انرژی مصرف می کند، بنابراین برای تولید انبوه ایده آل نیست. برای حل این مشکل دانشمندان پیشنهاد کردند که از یک ماده «غیر ساختاری» یا بی شکل شروع کنند. مزیت شروع با یک ماده بی شکل این است که ساختار زیربنایی نداشته و نیازی به فرایند‌های پردازش روی ماده نیست. پس از نظر انرژی کارآمدتر بوده و برای تولید انبوه انرژی برق ترموالکتریک بسیار مناسب تر هستند.