Ученые подняли эффективность термоэлектрика легированием тяжелыми металлами
Новый термоэлектрический сплав на основе железа, ванадия и сурьмы, модифицированный тяжелыми металлами, синтезировала международная команда ученых, 20 октября сообщает пресс-служба Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС».
В результате применения метода, разработанного учеными НИТУ «МИСиС», Университета Сохаг, университета им. короля Сауда и МГУ им. М. В. Ломоносова, была более чем в два раза увеличена эффективность преобразования термоэлектриком тепла в электричество. Материалы по созданию и исследованию нового сплава были опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Термоэлектрики представляют собой материалы, способные напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Эффективность их использования для таких целей напрямую зависит от высокой электропроводности, низкой теплопроводности и высокого фактора мощности.
Они могут быть использованы, например, совместно с солнечными батареями, дополнительно преобразуя тепло, образовавшееся от нагрева термопанелей, в электроэнергию. Такая схема может быть применена в системе умного дома.
В последнее время в качестве наиболее перспективных термоэлектрических материалов исследователями рассматриваются так называемые половинные сплавы Гейслера, которые представляют собой тройные соединения, обчно состоящие из металлов.
Такие термоэлектрики обладают высокой электропроводностью, термической стабильностью, а кроме того, при их синтезе может быть использован широкий ряд комбинаций различных элементов. Перспективным считается сплав на основе железа, ванадия и сурьмы. Однако он обладает высокой теплопроводностью, что ограничивает его использование как термоэлектрика.
В своем исследовании международная команда ученых добилась снижения теплопроводности таких сплавов, легируя их тяжелыми металлами — гафнием, титаном и ниобием. В ходе работы были синтезированы опытные сплавы и их термоэлектрические свойства затем были исследованы при температурах от 27 до 527 ℃.
Инженер НОЦ «Энергоэффективность» НИТУ «МИСиС» Андрей Новицкий рассказал: «Исследование показало, что легирование сплавов Гейслера на основе железа и сурьмы гафнием, титаном и ниобием позволяет значительно снизить решеточную теплопроводность сплава при комнатной температуре, вплоть до 80%. При этом удается также добиться увеличения электропроводности и, что самое главное, фактора мощности».
Ученые добились увеличения эффективности преобразования тепла в электричество при комнатной температуре практически в два раза, а при более высоких температурах это увеличение было еще выше по сравнению с нелегированным сплавом.
«В целом можно сказать, что сплавы на основе железа, ванадия и сурьмы, легированные тяжелыми металлами имеют широкие перспективы применения для создания стабильных устройств прямого преобразования тепловой энергии в электрическую», — отметил Новицкий.
