Отработанное тепло является весьма перспективным источником возобновляемой энергии, однако эффективность использования тепла для выработки энергии исторически была значительно ниже, чем гидроэлектростанция, ветер или солнечная энергия. Хотя существует целый ряд материалов, которые могут быть использованы для получения энергии из отработанного тепла, все они страдают от различных проблем, начиная от низкой стабильности и заканчивая низкой эффективностью. Тем не менее, тот факт, что большое количество отраслей промышленности производят большое количество отработанного тепла, побудил исследования в этой области.

Группа ученых во главе с профессором Хиромити Охтой из Научно-исследовательского института электронных наук (RIES) Университета Хоккайдо недавно разработала слоистый оксид кобальта с рекордным термоэлектрическим показателем качества для оксидов металлов при комнатной температуре. Их результаты были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A.

Термоэлектрическое преобразование основано на эффекте Зеебека: при разнице температур в проводящем материале генерируется электрический ток. Исторически эффективность преобразования тепла в электричество оксидов металлов была очень низкой, однако термоэлектрические устройства на основе оксидов металлов очень востребованы из-за их экологической совместимости. Эффективность термоэлектрического преобразования устройства зависит от ключевого фактора, называемого термоэлектрическим показателем качества (ZT).

Группа Хиромичи Охта разработала слоистый оксид кобальта, который обладает высоким ZT и стабилен в диапазоне рабочих температур. Хорошо известный натрий-кобальтовый оксид, где слои оксида натрия и кобальта чередуются, показывает очень низкий ZT около 0,03, но материал, разработанный группой Охты, достиг ZT 0,11. Группа заменила натрий другими щелочными или щелочноземельными металлами: кальцием, стронцием и барием.

Слоистый материал оксида бария-кобальта показал рекордную ZT 0,11 при комнатной температуре. Увеличение ZT непосредственно вызвано снижением теплопроводности бария. Как предположили ученые, чем больше атомная масса, тем ниже теплопроводность, что приводит к более высокому ZT. Это связано с тем, что более тяжелые атомы подавляют колебания в слоях оксида кобальта, вызванные нагревом. Необходимы дальнейшие исследования для оптимизации состава материала для повышения эффективности и стабильности, а также определения наиболее полезных практических применений.

Хиромити Охта-заведующий лабораторией функциональных тонкопленочных материалов Университета Хоккайдо. Его область исследований включает Термоэлектрику, Термоэнергетическую модуляцию, оптоэлектронику и Ионтронику.

ИСТОЧНИК