Разработанные в России термоячейки позволят по-новому заряжать устройства

31 августа 2020
46

Ученые из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Саратовского государственного технического университета разработали новый тип энергоэффективных устройств — термоячеек, превращающих тепло в электроэнергию. Это позволит создавать портативные элементы питания для гаджетов, которые можно будет нанести практически на любую поверхность, в том числе на одежду для получения электричества прямо от поверхности тела. Результаты работы опубликованы в журнале Renewable Energy.

«Мы показали возможность применения в термоячейке оксидно-никелевого электрода на основе полых никелевых микросфер. Достигнут рекордный для водных электролитов показатель гипотетического коэффициента Зеебека (мера величины термоэлектрического напряжения в ответ на разность температур, — Indicator.Ru). Кроме того, мы обнаружили нетипичное для термоячеек нелинейное изменение вольт-амперных характеристик, обеспечивающее рост КПД устройства», — рассказывает один из авторов работы, ведущий эксперт кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Игорь Бурмистров. 

Термоэлектричество — энергия, полученная из тепла благодаря разнице температурных потенциалов — одно из самых перспективных направлений «зеленой энергетики». Эта разница потенциалов (так называемые температурные градиенты) окружают нас повсеместно, например нагретое на солнце здание, работающий транспорт, тепло человеческого тела. Проблема состоит в том, что современные термоэлектрохимические ячейки (термоячейки) обладают довольно низкой выходной мощностью. Ученые нашли решение этой проблемы, разработав новый тип термоячеек, состоящих из оксидно-металлических электродов и водного электролита. Такая комбинация позволит повысить ток, одновременно снижая внутреннее сопротивление элемента, что даст на выходе увеличение мощности в 10 – 20 раз по сравнению с аналогами — до 0,2 В при температуре электрода до 85 °С благодаря использованию воды.

Высокое значение коэффициента Зеебека позволит использовать в качестве источника энергии даже тепло человеческого тела. Есть и еще одно существенное преимущество новой структуры — использование водного электролита снижает стоимость производства и повышает безопасность системы. Далее ученые намерены добиться повышения выходной мощности за счет оптимизации состава электродного материала и улучшения конструкции термоячейки. В перспективе же можно создать суперконденсатор, который будет сохранять в себе заряд на протяжении длительного времени.