Forskarna har utvecklat ett lämpligt material för användning i termoelektriska generatorer baserat på "anomalous Nernst effect (ANE)" som ökar den spänningsgenererande effektiviteten. Dessa enheter kan bekvämt bäras i flexibla former och storlekar för att driva små prylar och på så sätt ersätta batterier.
Termoelektrisk effekt innebär inbördes omvandling av värmeenergi och elektricitet; kallad Seebeck-effekt, när värme omvandlas till en elektrisk potential vid föreningspunkten mellan två olika metaller och, det omvända, kallas Peltier-effekt, dvs omvandlingen av en elektrisk potential till generering av värme.
Värmen finns i överflöd, och ibland går den till avfall, som kan skördas för att driva elektriska apparater. Det har gjorts många ansträngningar tidigare för att utveckla kommersiellt gångbar teknik för att skörda värme. Den som baseras på Seebeck-effekten kunde inte se dagens ljus på grund av flera begränsningar.
Ett mindre känt fenomen kallas Anomalous Nernst Effect (ANE), dvs applicering av temperaturgradient i ett magnetiskt material genererar elektrisk spänning vinkelrätt mot värmeflödet och har även använts tidigare för att skörda värme och dess omvandling till elektricitet. Emellertid har dess potential varit begränsad i brist på lämpliga giftfria, lättillgängliga och billiga material.
Sökandet efter det här rätta materialet verkar över nu! Forskarna har nyligen rapporterat att de tillverkar en legering som är giftfri, lättillgänglig, billig och formbar nog att göras till tunna filmer för att passa kraven. Med hjälp av dopningsprocessen gjorde forskare Fe3Al eller FE3Ga (75 % järn och 25 % aluminium eller gallium). När detta material användes ökades den genererade spänningen 20 gånger.
Detta nyutvecklade material verkar vara mycket lovande och kan användas för att designa tunna och flexibla material som kan skörda spillvärme effektivt att omvandla till elektrisk spänning, tillräckligt för att driva små enheter.
Upptäckten av detta material, som är helt rätt när det gäller egenskaper, skulle kunna vara möjligt på grund av tillgängligheten av höghastighets, automatiserad numerisk beräkningsteknologi, som effektivt övervinner begränsningarna hos den dåvarande metoden för materialutveckling baserad på "upprepning" och "förfinningar" .
***
Källor:
1. University of Tokyo 2020. Pressmeddelande. Rikligt med element för att driva små enheter. En tunn, järnbaserad generator använder spillvärme för att ge små mängder ström. Upplagt 28 april 28, 2020. Tillgänglig online på https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html Tillträde den 08 maj 2020.
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. Järnbaserade binära ferromagneter för transversell termoelektrisk omvandling. Nature 581, 53–57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
***
