Термоэлектрические технологии
В наше время термоэлектрические устройства играют важную роль в преобразовании тепла в электричество. Однако их использование ограничено рядом факторов, таких как высокие затраты на производство, использование опасных материалов и необходимость в высоких температурах для создания температурного градиента. Исследователи из Университета Кюсю сделали шаг вперед в этой области, разработав новое органическое термоэлектрическое устройство, способное собирать энергию при комнатной температуре без температурного градиента.
Потенциал термоэлектрических генераторов
Термоэлектрические генераторы представляют собой серию материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество при наличии температурного градиента — когда одна сторона устройства нагрета, а другая охлаждена. Наиболее известные их применения можно найти в космических аппаратах, таких как марсоход Curiosity или зонд Voyager, где радиоизотопные термоэлектрические генераторы обеспечивают питание за счет тепла от радиоактивных изотопов.
Проблемы и ограничения
Несмотря на потенциал, термоэлектрические устройства остаются недооцененными. Высокая стоимость производства, низкая энергетическая эффективность и необходимость в высоких температурах ограничивают их широкое применение.
Новые горизонты с органическими материалами
Профессор Чихая Адачи из Центра органической фотоники и электроники Университета Кюсю (OPERA) отмечает, что их лаборатория сосредоточена на использовании органических соединений, которые обладают уникальными свойствами, способствующими легкому переносу энергии между ними. Примером эффективности органических соединений являются OLED-дисплеи и органические солнечные батареи.
Исследование и результаты
Команда исследователей сосредоточилась на поиске соединений, которые могут хорошо работать в качестве интерфейсов для переноса заряда. В результате тестирования различных материалов были выявлены два перспективных соединения: фталоцианин меди (CuPc) и гексадекафторфталоцианин меди (F16CuPc).
"Чтобы улучшить термоэлектрические свойства нового интерфейса, мы также включили фуллерены и BCP," продолжает Адачи. "Эти соединения известны как хорошие проводники электронов. Добавление этих соединений значительно повысило мощность устройства."
Оптимизированное устройство обладало открытой цепью напряжением 384 мВ, плотностью тока короткого замыкания 1,1 μA/cm² и максимальной выходной мощностью 94 нВт/см². Важно отметить, что все эти результаты были достигнуты при комнатной температуре без использования температурного градиента.
Будущее органических термоэлектрических устройств
Профессор Адачи подчеркивает значимость их открытия: "Мы добились значительных успехов в разработке термоэлектрических устройств, и наше новое органическое устройство, безусловно, поможет продвинуть эту область вперед."
Команда планирует продолжать работу над новым устройством, стремясь оптимизировать его с использованием различных материалов. "Мы можем даже достичь большей плотности тока, если увеличим площадь устройства, что необычно даже для органических материалов. Это показывает, что органические материалы обладают потрясающим потенциалом."
Разработка нового органического термоэлектрического устройства, способного собирать энергию при комнатной температуре, открывает новые перспективы для использования органических материалов в энергетике. Исследования в этой области продолжаются, и будущие открытия могут значительно изменить подходы к использованию возобновляемых источников энергии.
Источник: Университет Кюсю (https://www.kyushu-u.ac.jp/en/)
Понравилась статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал и Вы получите еще большей новостей из мира науки и техники.