Уникальный материал для альтернативной энергетики создают в России

МОСКВА, 3 июн — РИА Новости. Ученые Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ) приступили к разработке уникальных наноматериалов, которые позволят эффективно получать электроэнергию, используя перепад температур. По их словам, проект, рассчитанный до 2023 года, может радикально расширить возможности этого направления альтернативной энергетики. О старте проекта сообщили в пресс-службе вуза.

Термоэлектрические генераторы – простые и надежные источники электроэнергии, не требующие обслуживания. Применяются такие системы, по словам специалистов, для питания метеостанций, маяков, сейсмических сканеров, автоматики на космических кораблях, субмаринах и буровых скважинах, а также для катодной защиты трубопроводов.

Энергию такие системы черпают из перепада температур между горячим и холодным концами термоэлемента: в их основе лежит эффект Зеебека, то есть возникновение тока между двумя ветвями электрической цепи, имеющими разный химический состав и разную температуру в месте контакта. Недостаток подобных генераторов – низкий КПД, порядка 6-8%, и высокая стоимость энергии, около 30 долларов за 1 Ватт.

Ключ к созданию термоэлектрогенераторов следующего поколения – новые материалы с низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью, объяснили ученые. Традиционно используют предложенные советским академиком Иоффе твердые растворы полупроводников. В этих материалах атомы разных элементов выстраиваются в общую кристаллическую решетку с переменной структурой, что, по словам ученых, позволяет снизить теплопроводность без больших потерь в электропроводности.

Специалисты НИУ МИЭТ предложили за счет применения нанотехнологий усовершенствовать устаревший подход Иоффе. Цель нового проекта ученых университета – всесторонне изучить проблемы и преимущества различных типов наноструктур, которые можно создать на основе твердых растворов полупроводников.

«

"У термоэлектрических материалов должна быть очень низкая теплопроводность – примерно, как у стекла. Мы надеемся достичь этого благодаря снижению решеточной теплопроводности за счет создания особой наноструктуры. Если будет найден способ увеличить термоэлектрические свойства материалов хотя бы в два-три раза, значит, этот вид энергетики сравняется по эффективности с традиционными", – рассказал руководитель проекта, профессор Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Алексей Шерченков.

Новые термоэлектрические генераторы, как считают ученые, смогут стать отличной альтернативой ветрякам и солнечным батареям, которые требуют целый ряд условий для эффективной работы. Планируемый предел рабочих температур новых материалов – более 900 °С.

© Институт перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ

Конструкция модуля термоэлектрического генератора, состоящего из ветвей термоэлементов

"Для управления составом, структурой и параметрами обработки новых материалов нужно детально изучить их тепло- и электрофизические параметры. Наноструктура не является равновесным состоянием материала, поэтому сделать ее устойчивой – например, к регулярному нагреву почти до тысячи градусов – непростая задача", – отметил профессор Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Юрий Штерн.

Работы над технологией получения новых термоэлектрических материалов планируется завершить в 2023 году. В проекте, поддержанном грантом РНФ № 21-19-00312, принимают активное участие аспиранты и молодые ученые НИУ МИЭТ.