Ny viden om termoelektriske materialer kan give bedre energiudnyttelse
Forskere på Århus Universitet, Risø-DTU og Københavns Universitet står i fællesskab bag helt nye data, netop offentliggjort i Nature Materials, der forklarer egenskaber ved termoelektriske materialer, som er af stor betydning for deres praktiske anvendelser. På sigt kan den nye viden bruges til at udvikle motorer, der udnytter brændstoffet bedre og til mere miljøvenlige kølemetoder.
Termoelektriske materialer kan sammensættes i enheder, der kan transformere varmeforskel til elektrisk energi eller det modsatte - elektrisk strøm til køling. En effektiv udnyttelse kræver imidlertid, at materialet skal levere en høj spænding, have god elektrisk men lav termisk ledningsevne.
- Den nye viden forklarer netop, hvorfor nogle termoelektriske materialer kan have den ønskede lave varmeledningsevne uden at de elektriske egenskaber forringes. Dette kan blive afgørende for omsætning af spildvarme, f.eks. fra bilers udstødning. Førende bilfabrikanter arbejder netop nu på at udnytte denne mulighed, og de første modeller er tæt på produktion. Teknologien forventes at give bilerne en væsentligt forbedret benzinøkonomi, siger Bo B. Iversen, professor ved iNANO Århus Universitet. Den nye viden kan også bidrage til udvikling af nye kølemetoder, så man undgår den mest almindelige, men meget miljøskadelige drivhusgas (R-134a). Alt sammen en gevinst for miljøet.
I Nature Materials artiklen har forskerne studeret et af de meget lovende termoelektriske materialer i gruppen af klatrasiler, som danner krystaller fuld af 'nano-bure'.
Billedtekst
Krystalstruktur af et 'nano-bur'. Hvor man førhen troede at det var de tunge 'gæste'-atomers tilfældige bevægelse inde i buret der gav materialet dets unikke egenskaber, viser det sig nu, at årsagen skal findes i hele burets atomare bevægelse
- Ved at placere et tungt atom i hvert nano-bur, har vi kunne forringe krystallers evne til at lede varme. Indtil nu har vi troet, at det er de tunge atomers vilkårlige bevægelser i burene, som er grunden til den dårlige varmeledningseven, men det har vist ikke at være sandt, siger Asger B. Abrahamsen, seniorforsker ved Risø-DTU.
Forskerne har brugt teknikken neutronspredning, som giver dem mulighed for at kigge ind i materialer og se atomernes bevægelser.
- Vores data viser, at det derimod er atomernes fælles bevægelsesmønster, som er grundlaget i egenskaberne for disse termoelektriske materialer. En opdagelse, der vil få stor betydning for design af nye materialer, der udnytter energien endnu bedre, siger Kim Lefmann, lektor ved Nano-Science Center, Niels Bohr Institut ved Københavns Universitet.
For mere information:
Mogens Christensen, INANO, Århus Universitet: Ph.d. om emnet. Tlf.: +61 2 9717 3133
Asger B. Abrahamsen, Risø-DTU: neutronspredning, varmeledning, tlf.: 26 17 87 57
Niels Hessel Andersen, Risø-DTU: neutronspredning, varmeledning, tlf.: 22 40 37 11
Kim Lefmann, Nano-Science Center, Niels Bohr Institut, Københavns Universitet: neutronspredning, varmeledning, tlf.: 21 25 04 76
Bo B. Iversen, iNANO, Århus Universitet: Termoelektriske materialer, anvendelser, generelt om projektet. tlf 89 42 39 69
Mere info se evt.: https://www.nature.com/nmat/journal/v7/n10/full/nmat2273.html