Новости химической науки > Что определяет цену термоэлектричества

Исследователи из США разработали универсальный показатель для анализа стоимости энергии, получаемой с помощью термоэлектрической технологии. Предложенный параметр показывает, что термоэлектрические устройства имеют больший, чем предполагалось ранее, потенциал для выработки электроэнергии в больших масштабах.

Термоэлектрические генераторы преобразуют тепловую энергию в электрическую при помощи физического явления под названием эффект Зеебека (термоэлектрический эффект). Такие генераторы компактны, прочны и не имеют движущихся деталей. Это означает, что они полезны для применения там, где необходимы низкие эксплутационные расходы как, например, в космических аппаратах. Однако, эффективность таких устройств – электроэнергия, производимая для определенного теплового потока – является низкой, поэтому они не применяются для крупномасштабной выработки электроэнергии.

Рисунок из Energy Environ. Sci, 2013, DOI: 10.1039/c3ee41504j

Исследование в области термоэлектричества обычно направлено на бесконечно малую величину показателя ZT, меры, которая напрямую относится к эффективности прибора. Шэннон Еэ (Shannon Yee) из Калифорнийского университета в Беркли, являющийся одним из членов исследовательской группы, объясняет, что для выработки коммерчески рентабельной электроэнергии, необходимо уделить внимание технологическим капитальным затратам за ватт, а не акцентироваться только на продуктивности прибора. Ученые говорят, что в результате исследования было обнаружено, что модель, которая минимизирует стоимость системы за ватт энергии, как правило, отличается от стоимости модели, которая максимизирует эффективность.

Исследователи из Беркли разработали универсальный параметр, который принимает в расчет аппаратное оформление устройства, стоимость производства, материальные затраты, включая стоимость теплообменников, которые собирают тепловую энергию на нагретой стороне и отводят ее на холодную сторону. Было обнаружено, что в действительности для многих практических моделей стоимость таких компонентов устройства, как теплообменники, несколько более сказываются на цене всей системы, чем термоэлектрический материал, являющийся «сердцем» всего генератора.

Али Шакури (Ali Shakouri), эксперт в области термоэлектрической технологии из университета Пердью, США, восхищается работой учёных, которые показали, что не следует ждать существенных прорывов в создании новых термоэлектрических материалов, чтобы осознать преимущества систем термоэлектрического преобразования энергии.

Еще один признанный эксперт по термоэлектричеству – Гань Чен (Gang Chen) из Массачусетского технологического института, отмечает, что текущие исследования преимущественно фокусируются на показателе ZT. Исследование же Шэннона Еэ и его коллег, по мнению Чена отличается тем, что обращает внимание на стоимость ватта термоэлектрической энергии, которая и является важной для практики.

Исследование намечает несколько новых направлений для дальнейшей работы. Шэннон Еэ заявляет, что одна область особенно испытывает необходимость в улучшении – материал, окружающий термоэлектрик. Шэннон Еэ считает, что если бы стоимость определенных компонентов критической системы могла бы быть понижена, даже некоторые уже существующие термоэлектрические материалы могли бы использоваться в термоэлектрических генераторах, производящих энергию по разумной цене.

Источник: Energy Environ. Sci, 2013, DOI: 10.1039/c3ee41504j

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология