Temperature differences create electricity
30 November 2011
Temperature differences can be used to create electricity, or so-called thermoelectricity, according to scientists at the Centre for Materials Science and Nanotechnology at the University of Oslo (UiO) and the Foundation for Scientific and Industrial Research (SINTEF) in Norway.
By Kari Williamson
Thermoelectric materials are already in use, such as for powering space probes using plutonium – exploiting its high temperature compared to the cold of space. Thermoelectric materials are also used in cooler bags using lead and tellurium. However, these solutions are all toxic.
"We want to replace them with inexpensive and readily available substances. Moreover, there is not enough tellurium to equip all of the cars in the world," says Ole Martin Løvvik, Associate Professor in the Department of Physics at UiO and Senior Scientist at SINTEF.
A team of scientists led by Professor Johan Taftø, is therefore now searching for pollution-free, inexpensive materials that can recover 15% of all energy losses, compared to today's 10%.
Nanotechnology solution
"I think we will manage to solve this problem with nanotechnology. The technology is simple and flexible and is almost too good to be true. In the long run, the technology can utilise all heat sources, such as solar energy and geothermal energy. The only limits are in our imagination," Løvvik says.
The new technology will initially be put to use in thermoelectric generators in cars. Several major automobile manufacturers are said to be interested, and Løvvik and his colleagues are currently discussing possibilities with General Motors.
"Modern cars need a lot of electricity. By covering the exhaust system with thermoelectric plates, the heat from the exhaust system can increase the car's efficiency by almost 10% at a single stroke. If we succeed, this will be a revolution in the modern automotive industry.”
Silent fridge
"In the future, refrigerators can be soundless and built into cabinets without any movable parts and with the possibility of maintaining different temperatures in each compartment,” Løvvik adds.
In order to extract as much energy as possible, the temperature difference should be as large as possible, although there is an upper limit to what materials can handle.
The ideal thermoelectric material
A good thermoelectric material ought to be a semi-conductor with very special properties: Its thermal resistance must be as high as possible at the same time as current must flow through it easily.
"This is not a simple combination, and it may even sound like a self-contradiction. The best solution is to create small structures that reflect the heat waves at the same time as the current is not reflected.”
When a material becomes hot, the atoms vibrate. The hotter it becomes, the greater the vibrations, and when an atom vibrates, it will also affect the vibration of the adjacent atom. When these vibrations spread through the material, they are called heat waves. If barriers are created in the material so that some atoms vibrate at different frequencies from their adjacent atoms, the heat will not be so easily dissipated.
"Moreover, the atomic barrier must be created in such a way that it does not prevent the electric current from flowing through it,” Løvve explains.
The atomic barriers are introduced densely in the special semi-conductors.
"We have achieved this by using a completely new 'mill'. Just as the miller grinds grain, the scientists will grind down semi-conductors to nano-sized grains. They will do that by cooling them down with liquid nitrogen to minus 196°. That makes the material more brittle, less sticky and easier to crush. It is important to grind down the grains as small as possible. Afterwards the grains are glued back together again, and in this way the barriers are created.
"The small irregularities in the barriers reflect the heat waves," Løvvik says.
"We have now discovered new nano-cavities in the materials and learned more about how they reflect heat waves.”
Renaissance for cobalt.
The scientists are now searching for the next generation of thermoelectric materials. They have tested the cobalt arsenide mineral, skutterudite, which may be found at Skutterud at Blåfarveværket in Modum, Norway. "It was just recently discovered that skutterudite may have atoms located in small nano-cavities. These cavities act as barriers to heat dissipation," concludes Løvvik.
Results (
Thai) 3:
[Copy]Copied!
ความแตกต่างของอุณหภูมิสร้างไฟฟ้า
30 พฤศจิกายน 2554
ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สามารถใช้เพื่อสร้างไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า thermoelectricity , ตามที่นักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์วัสดุศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีที่มหาวิทยาลัยออสโล ( UIO ) และมูลนิธิวิจัยอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ ( sintef ) ในนอร์เวย์ คาริคะ
โดยวัสดุเทอร์โมมีใช้อยู่แล้ว เช่น การใช้พื้นที่แก้มลิง และการเปิดใช้ที่อุณหภูมิสูง เมื่อเทียบกับความหนาวของพื้นที่ วัสดุเทอร์โม ยังใช้ในถุงเย็นโดยใช้ตะกั่วและเทลลูเรียม . อย่างไรก็ตาม โซลูชั่นเหล่านี้ล้วนเป็นพิษ
" เราต้องการที่จะแทนที่ด้วยราคาไม่แพงและพร้อมสาร นอกจากนี้ไม่มีเทลลูเรียมพอที่จะจัดให้ทุกคันในโลก , กล่าวว่า " โอเล่ มาร์ติน ผมขึ้น vvik , รองศาสตราจารย์ในภาควิชาฟิสิกส์ที่ UIO อาวุโสนักวิทยาศาสตร์ sintef
ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดยศาสตราจารย์ Johan ทาฟขึ้น ดังนั้นตอนนี้การค้นหาปลอดมลภาวะ วัสดุที่ราคาไม่แพงที่สามารถกู้คืน 15 % ของการสูญเสียพลังงานทั้งหมด เมื่อเทียบกับวันนี้ 10%
นาโนเทคโนโลยี โซลูชั่น" ฉันคิดว่า พวกเราจะจัดการเพื่อแก้ปัญหานี้ด้วยนาโนเทคโนโลยี เทคโนโลยีที่ง่ายและมีความยืดหยุ่นและเกือบจะดีเกินไปที่จะเป็นจริง ในระยะยาว , เทคโนโลยีสามารถใช้แหล่งความร้อน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานใต้พิภพ จำกัดแค่ในจินตนาการของเรา " ผมกล่าวขึ้น vvik
เทคโนโลยีใหม่จะเริ่มต้นใช้ในเทอร์โมไฟฟ้าในรถยนต์ผู้ผลิตรถยนต์หลายหลัก ว่า จะสนใจ ผมขึ้น vvik และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังปรึกษาความเป็นไปได้กับมอเตอร์ทั่วไป
" รถยนต์สมัยใหม่ต้องการมากของการผลิตไฟฟ้า โดยครอบคลุมระบบไอเสียที่มีแผ่นเทอร์โม ความร้อนจากไอเสีย ระบบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของรถ โดยเกือบ 10% ในจังหวะเดียว ถ้าเราทำสำเร็จนี้จะมีการปฏิวัติในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่ทันสมัย " ตู้เย็น
เงียบ " ในอนาคต ตู้เย็นสามารถเงียบเสียง และสร้างเป็นตู้ไม่มีส่วนเคลื่อนที่ใด ๆและมีความเป็นไปได้ของการรักษาอุณหภูมิที่แตกต่างกันในแต่ละช่อง " ฉันขึ้น vvik เพิ่ม
เพื่อสกัดเป็นพลังงานมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ผลต่างอุณหภูมิควรเป็นขนาดใหญ่ที่สุดแม้จะมีขีด จำกัด บนของอะไรสามารถจัดการกับวัสดุเทอร์โม
เหมาะดี วัสดุ เทอร์โม ก็เป็นกึ่งตัวนํา ด้วยคุณสมบัติที่พิเศษมากของความต้านทานความร้อนต้องสูงที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในเวลาเดียวกับที่กระแสจะไหลผ่านได้ง่าย
" นี่ไม่ใช่การรวมกันได้ง่าย และมันอาจเสียงเหมือนตนเอง ความขัดแย้งทางออกที่ดีที่สุดคือการสร้างขนาดเล็ก โครงสร้างที่สะท้อนคลื่นความร้อนในเวลาเดียวกันเป็นปัจจุบันไม่สะท้อน "
เมื่อวัสดุจะกลายเป็นร้อน อะตอมที่สั่น ร้อนจะกลายเป็น ยิ่งสั่นสะเทือน เมื่ออะตอมจะสั่นไหว มันก็จะมีผลต่อการสั่นสะเทือนของอะตอมที่อยู่ติดกัน เมื่อสั่นสะเทือนเหล่านี้แพร่กระจายผ่านวัสดุ พวกเขาจะเรียกว่าคลื่นความร้อนถ้าอุปสรรคที่ถูกสร้างขึ้นในวัสดุที่บางอะตอมสั่นที่ความถี่ต่างๆของอะตอมที่อยู่ติดกัน ความร้อนจะได้กระจาย
" นอกจากนี้ อุปสรรค อะตอมจะต้องสร้างขึ้นในลักษณะที่ไม่ได้ป้องกันกระแสไฟฟ้าจากการไหลผ่านมันขึ้น vve
" ผมอธิบาย
อุปสรรคอะตอมจะแนะนำหนาแน่นในตัวนำกึ่งพิเศษ
" เราได้บรรลุนี้โดยการใช้อย่างสมบูรณ์ใหม่ ' โรงสี ' ขณะที่มิลเลอร์ grinds ธัญพืช นักวิทยาศาสตร์จะบดลงกึ่งตัวนำกับนาโนธัญพืช พวกเขาจะทำโดยการระบายความร้อนลงด้วยไนโตรเจนเหลว - 196 องศา . ที่ทำให้วัสดุเปราะมากขึ้น ไม่เหนียวและง่ายต่อการบด มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะบดลงเม็ดเล็กที่สุดหลังจากนั้น ธัญพืชจะติดกาวกลับมาอยู่ด้วยกันอีกครั้ง และในวิธีนี้จะสร้างอุปสรรค
" ความผิดปกติขนาดเล็กในอุปสรรคสะท้อนคลื่นความร้อน , " ผมกล่าวขึ้น vvik
" ตอนนี้เราได้พบฟันผุนาโนใหม่ในวัสดุและเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่พวกเขาสะท้อนคลื่นความร้อน "
ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาใน
โคบอลต์นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาสำหรับรุ่นถัดไปของวัสดุเทอร์โม . พวกเขาได้ทดสอบโคบอลท์ ร์เซไนด์แร่ สกุตเทอรูไดต์ซึ่งอาจพบได้ใน skutterud ที่ BL ปี farvev æ rket ใน modum , นอร์เวย์” มันเป็นเพียงเมื่อเร็ว ๆนี้พบว่าอาจมีอะตอมอยู่ในโพรงสกุตเทอรูไดต์นาโนขนาดเล็ก ฟันผุเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคในการระบายความร้อน " สรุปฉันขึ้น vvik .
Being translated, please wait..
