Наноструктуры повышают КПД термоэлектрических преобразователей — ученые
Способы повышения эффективности термоэлектрических преобразователей до коммерческого уровня смоделировали инженеры из Нидерландов, 16 ноября сообщает Phys.org.
Свою работу ученые из Делфтского технического университета построили на достижениях южнокорейских исследователей по изучению структуры NbCoSn half-Heusler. Результаты коллег из Южной Кореи показали, что при некоторой температуре внутри этого материала образуются определенные виды наноструктур.
«Это в основном определенный тип кристаллической структуры, в которую вы помещаете определенные элементы — в данном случае ниобий, кобальт и олово. И, играя с количеством и положением каждого из элементов — например, добавляя больше ниобия вместо кобальта — вы можете увидеть, как это влияет на эффективность материала по преобразованию тепловой энергии в электрическую», — объясняет один из исследователей.
Нидерландские ученые провели теоретическое моделирование, основываясь на экспериментальных данных. Добавление одного или двух дополнительных атомов в модели в разных состояниях позволило увидеть повышение эффективности всей структуры.
Кроме того, также удалось продемонстрировать эффект, известный как энергетическая фильтрация. Это энергетический барьер, возникающий в твердом теле, который могут преодолеть электроны с энергией, не ниже величины барьера. За счет эффекта фильтрации электронов по энергиям производительность преобразователей дополнительно возрастает. Возникновение фильтрующего барьера ученые связывают с наноструктурными свойствами материала.
«Это эффект наноструктуры. Это связано с образованием наноструктур в материале и особенностями взаимодействия между ними, которые действуют как барьеры. Как только эти наноструктуры сформированы, вы получаете эти интерфейсы, которые блокируют низкоэнергетические электроны, но позволяют высокоэнергетическим проходить через них. В результате этого общая энергоэффективность повышается», — говорит ученый.
В конечном счете, моделирование в TU Delft показало два способа повышения энергоэффективности в термоэлектрическом материале NbCoSn: с помощью дополнительных атомов кобальта в определенных положениях, а также с помощью формирования эффекта фильтрации энергии.
