Nový termoelektrický materiál levně a bezpečně vyrábí elektřinu z tepla  
Soudobé termoelektrické materiály pro výrobu elektřiny z horka bývají nákladné a toxické. Nedávno vyvinutý termoelektrický materiál je založený na mědi, manganu, germaniu a síře, přičemž je podstatně méně drahý a jedovatý. Zároveň je stabilní do teploty 400 °C, což mu umožňuje těžit elektřinu z horka ve většině dnešních průmyslových zařízení.
Nový materiál zahrnuje dvě různé krystalické struktury. Kredit: Pavan Kumar et al. (2022), Angewandte Chemie.
Nový materiál zahrnuje dvě různé krystalické struktury. Kredit: Pavan Kumar et al. (2022), Angewandte Chemie.

Termoelektrické materiály generují elektřinu díky teplu. Je to velmi užitečné, především v průmyslových provozech, kde je odpadní teplo využíváno jako zajímavý zdroj cenné elektřiny. Funguje i opačný přístup, kdy termoelektrické materiály ochlazují elektronické komponenty, například v chytrých telefonech anebo v automobilech.

 

Emmanuel Guilmeau. Kredit: ECT 2019.
Emmanuel Guilmeau. Kredit: ECT 2019.

Z toho vyplývá, že by termoelektrické materiály měly být nejen funkční a nepříliš nákladné, ale především bezpečné pro lidské zdraví. Problém je ovšem v tom, že dosavadní termoelektrická zařízení využívají toxické a zároveň dost drahé látky, jako například olovo a tellur, které v dnešní době nabízejí nejvyšší účinnost při přeměně tepla na elektřinu.

 

Francouzský materiálový vědec Emmanuel Guilmeau z laboratoří Laboratoire CRISMAT v Caen a jeho kolegové vyvinuli nový syntetický materiál, který je odvozený od přírodních sulfidových materiálů. Jeho zásadními složkami jsou měď, mangan, germanium a síra.

 

Logo. Kredit: Laboratoire CRISMAT.
Logo. Kredit: Laboratoire CRISMAT.

Výroba nového materiálu je jednoduchá. Suroviny se rozemelou v kulovém mlýnu s ocelovými kuličkami a mechanicky se propojí. Vzniklý polotovar je poté vystaven teplotě 600 °C, která vede ke zvýšení hustoty materiálu. Podle Guilmeaua je tento proces snadno zvládnutelný v průmyslovém měřítku.

 

Badatelé dokázali vytvořit celou skupinu termoelektrických materiálů, které mají dvě krystalické struktury zároveň. Ukázalo se, že malá změna jejich složení dramaticky mění strukturu těchto materiálů. Když nahradili malou část manganu mědí, vznikly komplexní mikrostruktury s navzájem propojenými nanodoménami a defekty. Takové strukturní změny přitom ovlivňují vlastnosti materiálu, pokud jde o transport a elektronů tepla.

 

Guilmeau uvádí, že zmíněný nový materiál je stabilní do teploty až 400 °C. To znamená, že by mohl pracovat ve většině průmyslových provozů, kde vzniká podstatné množství průmyslového tepla. Guilmeau je přesvědčen, že na jejich objev bude možné navázat vývojem dalších levných a hlavně netoxických termoelektrických materiálů, které by pak mohly nahradit starší problematické materiály.

 

Video: Basic Information about Thermoelectric effect, Materials and Generators

 

Wiley 8. 11. 2022.

Angewandte Chemie online 13. 9. 2022.

Datum: 28.11.2022
Tisk článku

Související články:

Jak vytěžit elektřinu z odpadního tepla?     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2018)
„Nositelný“ termoelektrický generátor vyrábí elektřinu na horké trubce     Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2022)
Zázrak mechanochemie: Průlom v separaci a uskladňování plynů     Autor: Stanislav Mihulka (20.07.2022)



Diskuze:

Pavel 1,2022-11-30 22:05:21

Před několika týdny se na TVP (polská státní televize) objevila zpráva, že tým z Jagellonské univerzity v Krakově sestavil termočlánek s účinností větší než má fotovoltaika. Podrobnosti k tomu nebyly uvedeny a ani se mi k tomu následně nepodařilo nic dohledat na internetu. Neobjevily se nějaké zmínky o tomto ve vědeckých kruzích?

Odpovědět


Jak to vidí PLA a Strana po sjezdu KSČ (PLA CP PRC)!

Josef Hrncirik,2022-12-02 10:17:19

Aby zabránili spekulačním netlumeným kmitům futures ceny germania na burze, KSČ zdarma publikovala čl. o ú činnosti thermo článků a pod vratných spekulacích (pomocí nekrytých figure of merit) s plnými odkazy na dostupné zdarma otevřené zdroje.
„Relationship between thermoelectric figure of merit and energy conversion efficiency“.
PMCID: PMC4500231; PMID: 26100905
Si Ti Ti jasně řekl:“… Hlavním effectem tepelného zkratu thermosloupem je zcela nevyhnutelná the p(€)lná smrt imperialismu. Thermoelectrický je v v něm jen zcela podružné strhávání elektronů mocným proudem fononů pro dukujících ne vratně entropii. Budou cnost je v thermobaricitě s aluminiem a vodíkové thermonuklearitě se zešíleným tokem ne utronů. Ze zpěvu plynule přešel do čínského oxfordského nářečí. : „…Thermoelectric materials generate electricity from temperature gradients. The dimensionless figure of merit, ZT = S2ρ−1κ−1T, is calculated from the Seebeck coefficient (S), electrical resistivity (ρ), and thermal conductivity (κ). The calculated efficiency based on ZT using the conventional formula is not reliable in some cases due to the assumption of temperature-independent S, ρ, and κ. We established a new efficiency formula by introducing an engineering figure of merit (ZT)eng and an engineering power factor (PF)eng to predict reliably and accurately the efficiency of materials at a large temperature difference between the hot and cold sides, unlike the conventional ZT and PF providing performance only at specific temperatures. These new formulas will profoundly impact the search for new thermoelectric materials.
Nakonec hlasitě vykřikl bojová hesla epochy: Keywords: thermoelectrics, engineering figure of merit, engineering power factor, conversion efficiency, cumulative temperature dependence!

Po dlé Angewandte tvr dí: "...substitution of copper for manganese in the wurtzite derivative Cu2MnGeS4 compound, we have been able to synthesize a self Cu-doped thermoelectric material Cu2+xMn1−xGeS4. We report herein on the self-copper doped Cu2+xMn1−xGeS4 sulfide which exhibits thermoelectric properties with a ZT figure of merit up to 0.35 at 700 K opens the route to future investigations in composite sulfide materials.
Aby byly panika na burze co největší nic dalšího kromě slibného "The authors declare no conflict of interest" neuvedeno.
Pakliže ve výfucku VW je řekněme 700°C a na sloupu 700K, na horké Straně je hnací síla pro vznik teplotního toku krásných 273K a na Teplé Straně podnikání běží velmi hladce s dobrým meritem.
Kvůli paritě a symetrii by měl být na Studené Straně stejný, ale kvůli nižší teplotě s píše cca 2 násobný teplotní rozdíl, tj. cca 540K a teplota okolí by měla být cca -240K a žádnou termoelektrickou ledničku nepotřebujeme. Pokud N ATOm trváte, ná vrh bude velmi nesymetrický a plocha Chladné Strany bude velmi olbřímí. Thermoslop vydá mizivé množství energie při nevhodně im pedanci, kterou by sice mohl vyslopat Car notův mra Žák, ale Vy to propasírujete dalším termo slou povím velmi nízké ú činnosti. Ú činnost chladícího Peltiera je vždy mizernější než TEG při vyšší T.
Při výfuck Sloup 700K a chladič Strana obludně nesym. řekněme i 100°C, pak delta T= 300K a z č. čl. fig S2 plyne, že ú činnost je cca 2-4%, tj. jen. cca 3%/43% Carnotovských, tj. jen cca 7% vůči nepřekonatelně sadistickému Sadi Carnotovi.
Amen.

Odpovědět


Re: Jak to vidí PLA a Strana po sjezdu KSČ (PLA CP PRC)!

Pavel 1,2022-12-02 22:56:51

To žvaníš na špatném hrobě, hrnčiříku. Adresuj to Jagellonské univerzitě.

Odpovědět


Re: Re: Jak to vidí PLA a Strana po sjezdu KSČ (PLA CP PRC)!

Josef Hrncirik,2022-12-03 13:04:02

Díky za přesné navedení na Jagiellonian university. V publications 2020-2022 se TEG z 617 článků tyká jen 1, :10.1021/acs.chemmater.1c00331. Na fig.7b je při Tc 300K uvedeno nejlepší zTav až cca 0,7 při Th 700K a Tc 300K. Potom tepelná ú činnost TEG je až 10% ale s drahým a jedovatým Te (pouhých 17% z max. vratné Car. Not. Sadi).
„Jednou z výhod polovodičových transformátorů energie je, že mohou pracovat při vyšších teplotách s nižšími náklady na údržbu, protože nemají žádné pohyblivé části,“ vysvětluje profesor Asegun Henry. „Prostě tam jen tak sedí a spolehlivě vyrábějí elektřinu.“

‚Černobílý svět.‘ Polská veřejnoprávní televize manipuluje ve prospěch vlády, tvrdí analýza.
Zprávy veřejnoprávní Polské televize neposkytují objektivní informace, ale vlastní obraz událostí, jazyk se využívá jako nástroj sloužící aktuální vládě strany Právo a spravedlnost. Vyplývá to z analýzy zveřejněné na webu polského parlamentu. „Společnost dostává zprávu už s interpretací, nestačí si sama vytvořit obraz o dané věci,“ vysvětluje redakci autorka analýzy Katarzyna Kłosińská. Televize výsledky zpochybnila.

Tři čtvrtiny: manipulace a persvaze
„Ukázalo se, že jen 25 procent z titulků jsou zpravodajské, jen čtvrtina tedy obsahovala čistou informaci. Zbytek, čili 75 procent, to je persvaze (přesvědčování), manipulace a vytváření jiné skutečnosti,“ říká Kłosińská.
Současná polská vláda a vládnoucí strana Právo a spravedlnost (PiS) je podle výsledků analýzy prezentována v titulcích výhradně pozitivně, kdežto opoziční politické strany, občanská hnutí nebo instituce EU jsou hodnocené pouze negativně a bývají terčem ironie a výsměchu.
V závěru zpráva doporučuje, aby TVP informovala objektivně. „Společnost od začátku dostává zprávu už s interpretací, nestačí si sama vytvořit obraz o dané věci, a už má interpretaci,“ dodává předsedkyně Rady s tím, že jde o první takovou zprávu o TVP.
„Nedělali jsme výzkum o TVP před rokem 2015, ale dá se říct, že takové jevy byly i dřív, ovšem ne v takovém měřítku – teď to je ohromné. Neříkají opozice, ale totální opozice, o soudcích se mluví jako o soudcovské kastě. To jsou výrazy, které vylučují opozici a další uskupení. To, co je v těch titulcích, je černobílý svět bez odstínů šedi,“ říká Kłosińská.

Větší spoleh je na Společnost LBG ?LGB Moravia. Dodává technologie pro využití odpadního tepla a jeho následnou přeměnu na elektrickou energii nebo chlad.
Nabízí také unikátní řešení pro výrobu elektrické energie a tepla z biomasy a jejího kmitání.

Odpovědět

Petr Nováček,2022-11-29 10:05:17

Termoelektrický článek je v současné době na vyrábění elektřiny k ničemu. Při nízkém rozdílu teplot má minimální výkon. Při vyšším rozdílu teplot - alespoň stovky stupňů už výkon a účinnost roste, ale to už je lepší ohřátou vodu prohnat turbínou.
Na chlazení se ale článek použít dá o čemž svědčí existence termoelektrických chladniček, které se hodí třeba do auta, takové chladničky nemají kompresor.

Odpovědět


Re:

Josef Hrncirik,2022-11-29 11:23:08

Geotermální vrty musí mít alespoň 80°C, aba se dalo začít smysluplně uvažovat o možném Rankin organickém cyklu s turbínou. Na výfucích nákladních aut, kde je teplota i 700-900°C se nevyplácí TE články použí W nejspíŠ KVŮLI SLABÝM PŘESTUPŮM TEPLA ani při transportech
morožennovo do horké zóny.

Odpovědět

Ani Publius Quinctilius Varus nevytěžil z Teutonů germanium

Josef Hrncirik,2022-11-29 09:18:43

Byl známý pro své kruté zákony a vysoké daně.
Židovský historik Josephus zmiňuje Varovu pohotovou akci proti vzpouře Židů v Judei po smrti spojence Říma, krále Heroda Velikého roku 4 př. n. l..

Po obsazení Jeruzaléma ukřižoval 2000 židovských rebelů.

Odpovědět

No neviem

Macko Pu1,2022-11-29 07:28:45

Nie je vhodnejsie zariadenie izolovat ako sa pokusat ziskavat elektrinu? Aku to ma asi ucinnost je dostupne? To moze byt zaujimavy udaj.

Odpovědět


Re: No neviem

Vojtěch Kocián,2022-11-29 08:11:00

Většinu zařízení je třeba spíš chladit než izolovat. Účinnost termoelektrických generátorů je typicky mizerná (do 10 %), zvlášť při malých rozdílech teplot (těch 400 stupňů pro teplý konec je spíš podprůměr). Nevím přesně, k čemu by to v průmyslu mohlo být efektivní. Sám jsem o termoelektrickém článku uvažoval jako o záloze oběhového čerpadla kotle na pevná paliva, ale moc dobře to nevycházelo. Možná je to efektivnější ve větším měřítku. Pro vesmírné sondy je verze popsaná v článku k ničemu, ty využívají o dost vyšší teplotu teplého konce.

Odpovědět


Re: Re: No neviem

Josef Hrncirik,2022-12-03 13:15:36

Prototyp VUT 10 kWth kotel/biomasa dal z TEG 280 Wel.
Kolik stály TEG a chladící okruh tam asi nebylo. TEG byl dost velký.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace