Изследователи от Токийски университет по наука (TUS), Япония, съобщиха за значителен научен пробив – идентифицирането на нов клас смесен полуметал, молибденов дисилицид (MoSi₂), който може ефективно да преобразува отпадната топлина в електрическа енергия.
Откритието открива нови възможности за енергийна ефективност, индустриални приложения и устойчиво производство на електроенергия.

Как термоелектричните материали оползотворяват отпадната топлина

Термоелектричните преобразуватели позволяват директно превръщане на температурен градиент в електрическо напрежение, без:

• движещи се механични части

• работни флуиди

• емисии на парникови газове

Това ги прави изключително подходящи за зелени енергийни решения и дългосрочна експлоатация с минимална поддръжка.

Екипът, ръководен от Рюджи Оказаки, заедно с Хикари Манако, Шоя Осуми, Шого Йошида и асистент-проф. Йошики Дж. Сато, публикува резултатите си след комбиниране на експериментални измервания и изчисления по първи принципи.

Напречни термоелектрически (TTE) устройства – ново поколение технологии

Напречните термоелектрически (TTE) устройства генерират електрическо напрежение перпендикулярно на посоката на топлинния поток.
Тази ортогонална геометрия позволява:

• използване на един и същ материал

• опростена конструкция

• по-висока структурна стабилност

За разлика от класическите термоелектрични модули, които изискват редуване на p-тип и n-тип полупроводници, TTE материалите могат да функционират в единна материална система.

Защо молибденовият дисилицид (MoSi₂) е ключов материал

Основни предимства на MoSi₂

• Огнеупорен материал с висока термична стабилност

• Отлична устойчивост на окисление

• Широко използван в високотемпературни индустриални нагреватели

• Изразена осово-зависима полярност на проводимостта (ADCP)

MoSi₂ принадлежи към т.нар. гониополярни материали, при които доминиращият тип носител (електрони или дупки) зависи от кристалографската посока.

Механизъм на осово-зависимата полярност на проводимостта (ADCP)

Ключът към високата ефективност на MoSi₂ се крие в неговата сложна Ферми повърхност, която включва:

• Квази-едномерни (1D) електронни повърхности
  електроноподобни носители, провеждащи основно извън равнината

• Квази-двумерни (2D) дупчести повърхности
  дупкоподобни носители, провеждащи основно в равнината

Тази анизотропия позволява ефективно генериране на напречно термоелектрическо напрежение.

Приложения: от индустриални печки до IoT сензори

TTE материалите могат да се изработват като:

• тънки филми

• гъвкави листове

• покрития за големи повърхности

Потенциални приложения:

• облицоване на индустриални пещи и реактори

• обвиване на изпускателни системи

• автономно захранване на IoT сензори в отдалечени локации

• системи за рециклиране на отпадна топлина

Значение за глобалния енергиен преход

Един от най-големите проблеми в съвременната енергетика е, че огромна част от произведената енергия се губи като отпадна топлина – в индустрията, транспорта и електроцентралите.
Това води до:

• икономически загуби

• повишени въглеродни емисии

• засилване на климатичните промени

Разработването на ефективни термоелектрически материали като MoSi₂ може да се превърне в ключов елемент на устойчивата енергийна инфраструктура.