ПОСТАВЩИКИ МАШИН
И ОБОРУДОВАНИЯ

Учёные из Корейского научно‑исследовательского института химической технологии (KRICT) представили инновационный метод преобразования тепловой энергии в электрическую. Разработанная технология отличается масштабируемостью и экологичностью — и может стать важным шагом в развитии энергоэффективных решений.

Ключевой элемент разработки — термоэлектрический материал на основе селенида серебра (Ag2 Se). В отличие от традиционных подходов, его производство требует существенно меньших затрат энергии: процесс протекает при более низких температурах и давлении.Особенность нового материала — его двусторонняя функциональность: он способен как преобразовывать тепло в электричество, так и выполнять обратную операцию.

Почему это важно?

Термоэлектрические материалы всё чаще рассматриваются как перспективное решение для ряда технологических задач:

• охлаждение электронных компонентов;
• утилизация отработанного тепла на промышленных объектах;
• повышение общей энергоэффективности систем.

Как создавали материал?

Исследователи выбрали селенид серебра в качестве основы — это соединение состоит из относительно распространённых элементов (серебра и селена), что делает его более доступной и экологичной альтернативой существующим решениям.

Процесс синтеза включал несколько этапов:

Получение наночастиц Ag2Se методом растворения.

Добавление избыточного количества селена для формирования состава с повышенным его содержанием (Ag2Se1,2).

Термообработка, в ходе которой удалось получить плотный объёмный термоэлектрический материал.

Где можно применить технологию?

Разработчики видят несколько перспективных направлений для внедрения своего изобретения:

• небольшие системы генерации электроэнергии на промышленных предприятиях;
• центры обработки данных, где важно утилизировать избыточное тепло;
• гелиотермальные установки;
• в долгосрочной перспективе — питание носимых IoT‑устройств и медицинских датчиков.

Научный механизм и ключевые преимущества

Главный секрет эффективности кроется в особенностях селена: он плавится при относительно низкой температуре. В процессе отжига элемент переходит в жидкую фазу и заполняет пустоты между зёрнами Ag2Se. Это приводит к:

• уплотнению структуры за счёт жидкой фазы;
• улучшению связи между зёрнами;
• снижению пористости материала.

В результате удалось добиться сразу двух важных эффектов:

• повышения электропроводности;
• снижения теплопроводности решётки.

Результаты испытаний и перспективы

Данные, опубликованные в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials, подтверждают высокую эффективность подхода. В ходе экспериментов образец Ag2Se1,2 показал:

• высокий коэффициент мощности;
• пониженную теплопроводность решётки;
• максимальный КПД 0,927 при температуре 393 К.

Кроме того, пластичность материала позволяет создавать цилиндрические термоэлектрические генераторы со стабильными показателями выходного напряжения и мощности при разных температурных перепадах.

Дополнительные преимущества:

• прочность на сжатие и модуль Юнга увеличились более чем вдвое — это открывает возможности для использования в устройствах сложной формы;
• гибкость материала делает его пригодным для изогнутых и гибких энергосборных устройств.

Физические основы работы

Работа термоэлектрических материалов базируется на двух фундаментальных эффектах:

• эффект Пельтье — возникновение нагрева или охлаждения при прохождении электрического тока;
• эффект Зеебека — генерация электричества за счёт температурного градиента.

По словам исследователей, главное достижение их работы — создание высокоэффективного термоэлектрического материала без сложных легирующих добавок и энергозатратных процессов. Это делает технологию доступной для масштабирования и промышленного внедрения.