Tiedemiehet ovat kehittäneet sopivan materiaalin käytettäväksi lämpösähkögeneraattoreissa, jotka perustuvat "poikkeavaan Nernst-ilmiöön (ANE)", joka lisää jännitteen tuottavuuden tehokkuutta. Näitä laitteita voidaan käyttää mukavasti joustavissa muodoissa ja koossa pienten vempaimien tehostamiseksi, mikä korvaa akut.
Lämpösähkövaikutus edellyttää lämpöenergian ja sähkön keskinäistä muuntamista; kutsutaan Seebeck-ilmiöksi, kun lämpö muunnetaan sähköpotentiaaliksi kahden erilaisen metallin risteyksessä, ja päinvastoin kutsutaan Peltier-ilmiöksi, eli sähköpotentiaalin muuntuminen lämmön tuottamiseksi.
Lämpöä on runsaasti ja se menee välillä hukkaan, josta voitaisiin kerätä sähkölaitteiden virtaa. Aiemmin on ponnisteltu paljon kaupallisesti kannattavan teknologian kehittämiseksi lämmön talteenottamiseksi. Seebeck-efektiin perustuva ei voinut nähdä päivänvaloa useiden rajoitusten vuoksi.
Vähemmän tunnettu ilmiö ns Epänormaali Nernst-ilmiö (ANE), eli lämpötilagradientin soveltaminen magneettiseen materiaaliin synnyttää sähköjännitteen kohtisuorassa lämpövirtaan nähden ja sitä on aiemmin sovellettu myös lämmön talteenottoon ja sen muuntamiseen sähköksi. Sen potentiaalia on kuitenkin rajoitettu sopivien myrkyttömien, helposti saatavilla olevien ja halpojen materiaalien puutteen vuoksi.
Tämän oikean materiaalin etsintä näyttää nyt päättyneen! Tutkijat ovat äskettäin raportoineet valmistavansa seoksen, joka on myrkytön, helposti saatavilla, halpa ja tarpeeksi muokattava, jotta siitä voidaan tehdä ohuita kalvoja vaatimusten mukaisesti. Dopingprosessia käyttämällä tutkijat tekivät Fe3Al tai FE3Ga (75 % rautaa ja 25 % alumiinia tai galliumia). Kun tätä materiaalia käytettiin, syntynyt jännite kasvoi 20-kertaiseksi.
Tämä äskettäin kehitetty materiaali näyttää olevan erittäin lupaava ja sitä voidaan käyttää ohuiden ja joustavien materiaalien suunnitteluun, joka pystyy korjaamaan hukkalämpö muuntaa tehokkaasti sähköjännitteeksi, riittävä tehonlähteeksi pienet laitteet.
Tämän ominaisuuksiltaan juuri oikean materiaalin löytäminen voisi olla mahdollista, koska saatavilla on nopeita, automatisoituja numeerisia laskentatekniikoita, jotka tehokkaasti voittavat entisen "toistoon" ja "tarkennuksiin" perustuvan materiaalinkehitysmenetelmän rajoitukset. .
***
Lähteet:
1. Tokion yliopisto 2020. Lehdistötiedote. Runsas elementti pienten laitteiden virtalähteeksi. Ohut, rautapohjainen generaattori käyttää hukkalämpöä tuottaakseen pieniä määriä tehoa. Julkaistu 28. 28. huhtikuuta 2020. Saatavilla verkossa osoitteessa https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html Käytetty 08.
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et ai. Rautapohjaiset binaariset ferromagneetit poikittainen lämpösähkömuunnos. Nature 581, 53–57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
***
