Перетворити тепло в електрику: вчені створили ефективний генератор

16

Вчені санкт-петербурзького політехнічного університету петра великого на замовлення індустріального партнера розробляють термоелектричний генератор нового покоління, який в десятки разів ефективніше наявних на ринку аналогів. Готовий продукт буде впроваджений у виробництво до кінця 2021 року. Проект реалізовано в рамках програми нцму спбпу»передові цифрові технології».

Термоелектричний генератор являє собою пристрій, який переводить теплову енергію в електричну, що дуже актуально, особливо у зв’язку зі світовим трендом на декарбонізацію. Дослідники політехнічного університету розробили концепцію створення такого генератора, що містить в основі складну вуглецеву наноструктуру, всередині якої при нагріванні відбуваються квантові електродинамічні процеси, що запускають термоелектричну генерацію.

«ми нагріваємо структуру, яка створюється певним чином і має складну стехіометрію. У такій структурі при нагріванні запускаються процеси взаємодії електронної підсистеми і структурної підсистеми (решітки). В результаті створена нами вуглецева наноструктура починає генерацію електронів. В результаті такої квантово-фізичної взаємодії при термічному впливі виникає електричний струм«, — зазначає ольга квашенкіна, директор нтц» нейропрогнозування матеріалів і технологій електронної промисловості «(нцму спбпу»передові цифрові технології»).

Науковий колектив завершив теоретичні дослідження, пов’язані з ефективністю пристрою. Вчені побудували цифрову модель і провели випробування також в «цифрі», що значно скоротило час на розробку технології. Потім результати моделювання були перевірені в ході експериментів, реалізованих за допомогою атомно-силових мікроскопів, різних типів спектрометрів і створеного спеціально для цієї розробки комплексу дослідницького обладнання. Зараз проект знаходиться на стадії прототипування в «залозі». Пристрій дуже малогабаритне, в корпусній збірці буде мати невеликі розміри (5*2 міліметрів, 1 міліметр у висоту).

» використання термоелектричного генератора актуально не тільки для побутових потреб, але і для промисловості. Наприклад, пристрій поміщається на поверхню турбінного двигуна, який може нагрівається до півтори тисячі градусів, і це тепло, переходячи в електричну енергію, і живить датчики, призначені для моніторингу стану систем цього двигуна, – продовжує ольга квашенкіна. — що стосується побутового застосування, зараз ми працюємо над тим, щоб пристрій зміг заряджати прилади з малою енергоємністю – електронний годинник, світильники, системи поливу кімнатних рослин і тому подібні девайси. У подальшій перспективі будемо прагнути до формату портативних термоелектричних зарядок для мобільних телефонів».

Пристрій відрізняється високим ккд — для вироблення струму, достатнього для зарядки побутових приладів, вистачає нагріву від системи центрального опалення. Передбачається, що термоелектричний генератор встановлюється близько батареї або монтується в систему опалення, і одержувана електроенергія йде до електричної розводці і заряджає невеликі прилади. Завдяки малим габаритам пристрій може бути переносним. Одним з ключових моментів є безпека цієї системи як для користувача, так і для електронного обладнання, яке підключається до цього пристрою.

На даний момент система спроектована, в тому числі, для роботи в режимі дуже високих температур, оскільки створена вченими вуглецева наноструктура вкрай термостійка. Це є безсумнівним плюсом для застосування пристрою в промисловості. Крім того, для промислового застосування пристрою передбачається використання тугоплавких провідників і тугоплавкого корпусу. Що стосується побутової експлуатації, то для генерації електрики пристрою буде досить температури кімнатних батарей. Тобто. В даному випадку особливих вимог до матеріалів для корпусу не буде пред’являтися, отже, пристрій можливо буде зробити фінансово доступним для звичайних споживачів.