Nytt gjennombrudd for termoelektrisitet?

I den termoelektriske verden har det for det meste handlet om å øke effektiviteten til materialene man har slik at det kan åpne seg nye markedsmuligheter. Godheten til et materiale beskrives på en zT-skala. Jo høyere tall, desto mer effektivt materiale. Industristandarden idag ligger på ca 1, noe som gir en effektivitet på ca 5% ved en temperaturforskjell på 100°C.

Nå har et forskerteam fra Sør Korea samt Caltech i USA greid å lage et materiale med en zT på over 2! Dette tilsvarer en økning til ca 8% effektivitet ved samme temperaturforskjell.

Nå er det ikke første gang noen har vist termoelektriske materialer med en zT over 2. Det som gjør dette unikt er at metodene som brukes for å lage materialet ikke er særlig kompliserte og lett kan gå inn i en masseproduksjonsprosess.

Som beskrevet i et tidligere innlegg om skutteruditt, så ønsker man å ha så lav varmeledning som mulig i et termoelektrisk materiale – dette for at vi ønsker at mest mulig av varmeenergien skal omdannes til elektrisk strøm og vica versa. Og tilsvarende som for skutteruditter ønsket forskerne i dette tilfellet å sette inn bølgebrytere inne i materialet som kan hindre varmebølger. Så er det slik at noen bølger er laange (har lang bølgelengde), mens andre er veldig korte. Og vi trenger forskjellige type bølgebrytere for de forskjellige bølgelengdene. Tidligere har man stort sett greid å sette inn bølgebrytere for de veldig korte og de veldig lange bølgelengdene, mens de i midten har vært vanskelig å gjøre noe med. Men nå har altså noen greid å gjøre noe også med dette – å lage tette “gjerder” med periodisk mønster  langs korngrensene i materialet, noe som hindrer bølger med mellomstor bølgelengde. Og dermed er zT nesten doblet til 2!

Kim2015_Science

Ny prosess for å lage bismuth-tellurid baserte termoelektriske materialer øker effektiviteten med flere prosent. “Bølgebrytere” dannes langs korngrenser inne i materialet som reduserer varmebølgenes bevegelse.

Så hva kan vi bruke dette materialet til? Bismuthtellurider (som denne materialtypen populært kalles) brukes primært til kjøling i Peltiermoduler. De beste Peltiermodulene idag kan kjøle mellom 60 og 70°C fra romtemperatur og ned (en temperaturforskjell mellom de to sidene). Dette har vært “state-of-the-art” i flere titalls år. Det disse forskerne har greid er å lage en Peltiermodul som kan kjøle opp til 82°C. 12°C forbedring høres kanskje ikke mye ut,  men det kan bety veldig mye når man skal få inn Peltiermoduler i for eksempel kjøleskap, airconditioning og kjøling til stadig mindre og kraftigere elektronikk.

Peltiermodulen laget av det nye effektive materialet kan kjøle opp til 82C temperatur forskjell - over 10C mer enn state-of-the-art.

Peltiermodulen laget av det nye effektive materialet kan kjøle opp til 82C temperatur forskjell – over 10C mer enn state-of-the-art.

Selve metoden som er brukt til å lage dette materialet kan også brukes til å forbedre egenskapene til andre termoelektriske materialer (som skutteruditt) og kan derfor regnes som et lite gjennombrudd, eller i det minste en spennende mulighet for videre forskning og utvikling. Som vi vet: Mange bekker små gjøren stor å.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s