В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые могут превращать тепло в электричество, создали ученые из НИТУ МИСИС. Это поможет сделать производство более эффективным и экологичным, поскольку позволит использовать выделяемое тепло с пользой.

Созданные материалы сделаны на основе перовскита манганита кальция с добавлением марокита. Они лучше работают при высоких температурах по сравнению с другими подобными материалами. Этого удалось добиться благодаря особой структуре и контролируемой пористости материала.

Материал должен быть устойчивым к высоким температурам, не слишком дорогим и безопасным для окружающей среды. Оксидные термоэлектрики соответствуют этим требованиям. Они могут проводить электричество либо как металлы, либо как полупроводники. Это позволяет создавать эффективные устройства, комбинируя материалы с разными типами проводимости, — рассказал руководитель проекта, Сергей Юдин, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда. Подробнее о нем можно прочитать в научном журнале Journal of the European Ceramic Society.

Новый метод создания материалов включает несколько этапов:

1. Сначала ученые смешивают химические вещества на молекулярном уровне так, чтобы ионы равномерно распределились в растворе. Это создает основу для однородного материала.
2. Затем жидкость превращают в аэрозоль, и капли попадают в горячую зону реактора. Там они локально сгорают. Благодаря этому можно точно контролировать состав и создавать уникальные микроструктуры, например, полые или пористые сферы с заданной толщиной стенок и размером пор. При этом не нужны дополнительные стадии обработки.
3. Полученный порошок уплотняют и спекают при высоких температурах. В его структуре образуются новые фазы, а свойства, важные для термоэлектрической эффективности материала, улучшаются.

Новый метод позволяет точно настроить свойства материала. Он отличается от других методов тем, что помогает добиться высокой эффективности преобразования тепла в электричество для одного вещества — перовскита манганита кальция. Это получается благодаря особой структуре материала: он пористый и однородный по составу.

Еще этот метод не требует долгого обжигания при высоких температурах, как это происходит при использовании традиционных подходов. Поэтому он более энергоэффективный и простой для массового производства, — объяснила Жанна Ермекова, PhD, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Исследователи хотят найти наилучшее соотношение компонентов и изучить, как добавки влияют на способность материала проводить тепло и электричество. Это поможет создать более эффективные и надежные материалы, которые можно будет использовать при высоких температурах.

Ранее ученые открыли новый способ сбора солнечной энергии.

10.12.2024