Kaos muundab jääksoojuse elektrienergiaks

$content['photos'][0]['caption'.lang::suffix($GLOBALS['category']['lang'])]?>
Kaos valitseb mitmel tasandil. Autor/allikas: Biswas et./Nature

Rahvusvaheline materjaliteadlaste töörühm demonstreerib värskelt ilmunud uurimuses uut viisi termoelektrikute tootmiseks rakendades selleks pea kõiki senituntud efektiivsuse optimeerimise viise. Lähenemine võimaldab keskkonnasoojust elektrienergiaks muundada kaks korda efektiivsemalt kui tavalised termoelektrikud.


Termoelektrikute loomine, mis võimaldavad soojusenergiat otse elektrienergiaks muuta, sai alguse juba 1950. aastate alguses. Säärastes materjalides paneb elektronid liikuma pelgalt temperatuuride erinevus võimaldades seega muidu keskkonda eralduvat jääksoojust kasulikuks tööks muuta. Arvestades, et näiteks elektrijaamade auruturbiinidest lahkub algsest koguenergiast soojusena harilikult rohkem kui 60%, oleks potentsiaalne energiasääst ülimalt atraktiivne. Paraku pole aga ka termoelektrikud ise täielikult probleemivabad. Nende efektiivsus jääb 5-7% piirimaile.


Seega rakendatakse neid peamiselt kulgurite ja süvakosmose sondide energiaallikana, kus need püüavad tavaliselt plutooniumi lagunemisel eralduvat soojust. Samas ei tähenda see, et nende kallal tehtav arendustöö oleks lõppenud. Efektiivsust saab tõsta mitut moodi – kasvatada nende võimet suurema potentsiaalide vahe tekitamiseks, suurendada nende elektrijuhtivust ning viimaks vähendada nende soojusjuhtivust. Soojus läbib materjale lainete kujul. Sääraste foononite liikumise takistamiseks tuleb leida võimalus neid võimalikult palju hajutada.


Tihti tähendab see, et materjalide struktuuri tuleb aatom- ja nanoskaalal muuta, mis tõstab samas ka nende hinda. Kanishka Biswas'i töörühm kasutas selleks meetodeid, mida on suhteliselt lihtsam ka laboritest väljaspool rakendada. Esmalt sünteesis Biswan kolleegidega termoelektrikutes sagedasti kasutatavat pliitelluriiti. Seejärel lisasid nad sellesse kaaliumi aatomeid, mis materjali elektrijuhtivust tõstsid. Järgmise sammuna üritasid nad soojusjuhtivust nanoskaalal vähendada kiiludes sellesse strontsiumtelluriidiks kutsuva aine nanokristalle.


Kõik eelnev põhines eelmistel aastatel tehtud uurimistööl. Töörühmal oli viimaks vaja aga leida viis, kuidas soojus- lainete liikumist ka suuremal skaalal takistada. Selleks otsustasid oma perfektsesse kristalli mõrad tekitada. Nipp töötas. Suur hulk foononitest peegelduski nendelt tagasi. Samas ei takistanud need elektronide liikumist. Lähenemis- viis võimaldas seadme efektiivsust tõsta tavapärastest pliitelluriidil põhinevatest termoelektrikutest kaks korda kõrgemale. Samal ajal ületab see kvaliteedinäitajatelt seni parimaid termoelektrikuid 20% võrra.


Paraku ei tähenda see, et materjali võiks juba lähiajal näiteks autode heitgaasisüsteemides, soojuselektrijaamade turbiinide lähistel või sülearvutite all energiat kogumas näha. Kaaliumi vahendusel materjali viidud lisaelektronid on ülimalt reaktiivsed ja võivad eriti mõrade lähistel materjali omadusi aja jooksul järsult halvemaks muuta. Samuti on pliitelluriit mürgine, mis mõjuks selle turustamisele mitte kõige soodsamalt. Samas annab uurimus mõista, et termoelektrikute tootmiseks on ka lihtsaid meetodeid, mis nende argiellu liikumist kiirendada võiksid. Termoelektrikute tootmiseks tuleb vaid leida odavamad ja inimeste tervisele ohutumad materjalid.


Töörühma uurimus ilmus ajakirjasNature.

Toimetas Jaan-Juhan Oidermaa
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: