Zwiększanie wydajności termoelektrycznej
Każdego roku około 15 TW energii cieplnej ulega rozproszeniu i utracie w ramach działalności przemysłowej, transportowej i generowania energii. Generatory termoelektryczne (TEG), które przekształcają to ciepło odpadowe w przydatną energię elektryczną, mogą mieć ważny wkład w produkcję energii odnawianej. Jednak wydajność materiałowa dotychczas stała na przeszkodzie rozwojowi na skalę przemysłową. Naukowcy zwiększyli wydajność obiecujących materiałów termoelektrycznych w ramach finansowanego przez UE projektu "Nanoparticle embedded in alloy thermoelectrics" (NEAT)(odnośnik otworzy się w nowym oknie). W ostatnim czasie wykazano, że wydajność termoelektryczna tego typu materiałów o nanoskalowej charakterystyce konstrukcyjnej jest do trzech razy wyższa w stosunku do materiałów konwencjonalnych. Jednak wyniki te uzyskano z cienkich błon i nie udało się ich odtworzyć w materiałach masowych. Zespół projektu NEAT opracował innowacyjne masowe stopy nanokompozytowe, aby zwiększyć wydajność przyjaznych dla środowiska krzemowych materiałów termoelektrycznych w porównaniu do dotychczasowych technologii. Materiały te zdolne są do uzyskania bardzo wysokiej wydajności termoelektrycznej w wysokich i średnich temperaturach poprzez znaczne zmniejszenie przewodności cieplnej w sieci przestrzennej. Przede wszystkim przez wcielenie kontrolowanych nanocząsteczek w nanokompozyty krzemowo-germanowe, zespół NEAT zademonstrował 40% spadek kosztów produkcji tego termoelektrycznego masowego stopu. Udało się to dzięki niższej zawartości drogiego i rzadkiego germanu. Stop ten można zastosować w systemach autonomicznych i czujnikach cieplnych. Przy znacznie niższej przewodności cieplnej stopu magnezowo-krzemowo-cynowego naukowcy wykorzystali mniejsze ilości nanocząsteczek, aby poprawić jego wydajność termoelektryczną. Ten materiał macierzy gospodarza zademonstrował najsilniejsze działanie termoelektryczne, jakie dotychczas zaobserwowano w odniesieniu do materiałów masowych w niskich temperaturach (poniżej 500 stopni Celsjusza). Jako materiał nietoksyczny może stanowić substytut powszechnie stosowanego tellurku bizmutu w sektorze motoryzacyjnym. W projekcie NEAT zademonstrowano wykonalność na większą skalę syntezy i spiekania kompatybilnych ekologicznie, tanich i masowych stopów macierzy gospodarza w skali przedprzemysłowej. W ten sposób dokonano pierwszego kroku w kierunku budowy solidnego łańcucha zaopatrzenia w branży embrionalnych TEG. Jeśli chodzi o sektor transportu, procesów przemysłowych i produkcji energii w samej Europie, szacuje się odzyskanie 200 TWh do roku 2020.
