Учёные из Токийского университета разработали технологию для кратного повышения термоэлектрического эффекта при выработке электричества даже при небольших перепадах температуры. Это мусорное тепло можно брать отовсюду. Например, при охлаждении воздуха кондиционером, когда в процессе конденсации влаги выделяется немного энергии. И такие явления происходят везде от изготовления мороженного до выплавки стекла, чем можно будет воспользоваться.
Источник изображения: Pixabay
Предложение японских учёных строится на том, что даже малейшую разницу в температуре можно использовать для значительного усиления термоэлектрического эффекта. Сама разница в температуре вещества (жидкости или газа) возникает в процессе перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое — это конденсация или кристаллизация воды и подобные процессы.
При фазовом переходе выделяется энергия (либо поглощается при других условиях). В ограниченном объёме её мало, например, внутри того же кондиционера. Но японцы придумали способ усилить отдачу от этой энергии. Они собрали полимер, который при охлаждении распрямляется в спираль, а при нагреве сворачивается в клубок (глобулу). По-сути полимер либо растворяется в воде при её охлаждении ниже определённого значения, либо «конденсируется» при нагреве выше границы для растворения. С точки зрения химии происходят окислительно-восстановительные реакции, о чём учёные рассказали в статье Advanced Materials.
Опытная установка. Источник изображения: University of Tokyo
Переход клубок-глобула резко освобождает молекулы воды от полимерных цепей — полимер совершает свой фазовый переход. Это как запустить лавину с горы. Небольшая доля энергии «первичного» фазового перехода, например, в процессе конденсации воды в кондиционере запускает лавинообразный процесс конденсации полимера, что умножает выделение тепла и усиливает работу термоэлемента.
Фактически процесс повышает так называемый коэффициент Зеебека — меру эффективности работы термоэлектрического преобразователя — до +2,1 мВ/К. Это более чем в два раза выше, чем для уже исследованных органических растворов. Открытие настолько удачное, говорят учёные, что пора искать производителя для таких систем. И тогда «можно будет вырабатывать электроэнергию, охлаждая серверную комнату или двигатель автомобиля», утверждают участники исследования.
Примерное представление процесса
«Мы впервые подтвердили, что скрытое тепло может быть использовано для термоэлектрического преобразования, — заявил профессор Теппей Ямада с химического факультета Высшей школы наук Токийского университета. — Мы считаем, что для термоэлементов можно использовать различные виды материалов. Каждое вещество при соответствующих условиях может совершать фазовый переход: например, сливки в мороженое, песок в стекло, вода в пар и т.д. В принципе, с помощью этого метода можно извлекать электрическую энергию даже из малейшей разницы температур, что значительно увеличивает число ситуаций, в которых можно использовать термоэлектрическое преобразование».