Нов материал прави автомобилите по-ефективни

Е кип от учени от университета в Охайо, начело с Джоузеф Хърманс, създадоха революционен материал, който може да превръща топлината в електричество по-ефективно от всичко достъпно на пазара днес, разказва списание "Сайънс", цитирано от Green.Democrit.com.

Тези материали се наричат термоелектрически и начинът, по който работят, не се различава много от този на слънчевите клетки. И двете на практика са полупроводници, в които щом постъпи енергия (светлина, топлина) от външния свят се избиват електрони, които свободно могат да преминат през материала под формата на ток.

И също както слънчевите панели си имат определена ефективност, показваща колко светлина могат да оползотворят, такава имат и термоелектриците. При тях тя се определя от това колко енергия могат да произведат при определена температура.

Термоелектрическите материали всъщност се познати от години и имат много приложения - например в т.нар. атомни батерии, използвани в много космически апарати. В сърцето им стои изотоп на плутоний, който се загрява до над 700 градуса Целзий, а обвивка от термоелектрици превръща тази топлина в електричество.

Тези материали и днес се използват за направата на електрически генератори за най-разни цели.

Днес най-популярният термоелектрик е съединение на оловото и телура, в който са внесени натриеви атоми - неговата ефективността се изразява с числото 0,71.

Новият материал, създаден в университета в Охайо, на практика е същото съединение, но натрият е заменен с талий. Това удвоява ефективността му до 1,5 - т.е. може да произвежда ток два пъти по-ефективно. И това става най-успешно между 200 и 500 градуса Целзий, което е температурата на повечето автомобилни двигатели.

Установено е, че само 25 % от енергията, която се получава при изгарянето на бензина в типичния автомобилен двигател отива за задвижване на колата и нейните екстри - останалото се губи под формата на топлина, по-голямата част от която в нагорещени газове, излизащи от ауспуха.

Термоелектриците могат да оползотворят тази отпадна топлина, твърдят откривателите на новия материал. С него ще се направят компактни устройства, които могат да се превърнат в стандартна част на автомобилите в бъдеще. Те ще бъдат леки, без движещи се части, които да се износват. Получената от тях енергия може да се използва за зареждане на автомобилния акумулатор или пък на батериите на хибрида.

Хърманс и неговите колеги използвали много трикове, за да постигнат рекордната ефективност на термоелектрика си. Трябвало да намалят максимално топлопроводимостта му, за да не може топлината просто да премине и да бъде изгубена преди да се превърне в ток.

Първо идеята била да приготвят от материала нишки с дебелина милионни от милиметъра, които да сплъстят в по-големи блокове. Лошият контакт между нишките и празнините, които остават трябвало да превърнат материала в лош проводник на топлина.

С малките размери дошли куп проблеми - работата с тънките нишки била кошмар, а свързването им в електрическа верига - невъзможно. Затова учените в Охайо използвали по-прост и директен подход. Зарязвайки лъскавите наноексперименти, те просто решили да направят материала по-ефективен, за да бъде превърната топлината в енергия, преди изобщо да има време да се премине през него.

Преди две години колеги на Хърманс открили, че когато електроните на талиевите атоми почувстват, че наблизо има атоми на телура, започват да се държат по-особено. При това точно по начина, по който учените в Охайо неуспешно опитвали да им придадат използвайки нанотехнологии.

В крайна сметка решението било гениално просто - само трябвало да заменят натриевите атоми с талиеви. Хърманс проектирал новия материал със свой колега в Охайо, а първите проби от него били приготвени на другата страна на земното кълбо от учени в университета в Осака, Япония.

След като пристигнали обратно в САЩ, експерименти с тях били проведени в Охайо и Калифорния и техните свойства били доказани. Изследователите установили, че ефективността на новия материал при 200 градуса по Целзий не се различавала съществено от тази на най-ефективните днес - 0,75, но при 500 градуса нараства двойно до 1,5.

Екипът продължава работа по новата технология и вече са подали заявление за патентоването й.

Имаме големи очаквания за бъдещето и смятаме, че използвайки други уроци, научени от света на нанотехнологиите, можем да увеличим рейтинга на новия материал поне още два пъти, заявява Хърманс.