Инженеры Японского национального института материаловедения (NIMS) разработали новый тип термоэлектрического генератора, который вырабатывает электрический ток через температурный градиент. Поглощая тепло от Солнца на одной поверхности и излучая его с другой, устройство может вырабатывать электричество днем ​​и ночью.

Основной принцип физики гласит, что тепло перемещается от более горячих объектов к более холодным. Термоэлектрические генераторы используют это, где температурный градиент между двумя поверхностями заставляет электроны перемещаться от более теплой к более холодной, создавая электрический ток. Это называется эффектом Зеебека, и теоретически эти термоэлектрические материалы можно использовать для утилизации отработанного тепла практически из любого места, например, двигателей, выхлопных труб, электростанций и даже одежды или посуды.

Исследователи NIMS разработали термоэлектрический генератор на солнечной энергии, основанный на вариации принципа, называемого спиновым эффектом Зеебека. В этом случае ток возникает из потока спинов электронов, создаваемых магнитными материалами в каждом электроде.

Новый дизайн состоит из четырех слоев, каждый из которых выполняет важную работу. Два верхних слоя прозрачны, что позволяет солнечному свету проходить через два нижних слоя, которые его поглощают. Это означает, что верхний слой остается холодным, нижний слой остается теплым, а два средних слоя вырабатывают электричество из температурного градиента.

Основным фактором, ограничивающим полезность термоэлектрических генераторов, является то, что холодная сторона не может достаточно быстро избавиться от тепла, поэтому градиент температуры выравнивается. Новое устройство решает эту проблему, выпуская излишки тепла прямо в космос . Это благодаря самому верхнему слою, парамагнетику из гадолиниево-галлиевого граната (GGG), который испускает инфракрасное излучение, которое проходит прямо через атмосферу.

Второй слой представляет собой ферромагнетик из железо-иттриевого граната, который производит спиновой ток из температурного градиента. Третий слой - это парамагнетик из платины, который преобразует спиновый ток в полезное напряжение. И последний слой покрыт краской черного тела, чтобы поглощать солнечный свет и удерживать тепло.

Команда утверждает, что такая конструкция позволяет устройству продолжать вырабатывать электроэнергию днем ​​и ночью, так как нижние слои некоторое время сохраняют тепло. По словам инженеров, он лучше всего работает в ясную погоду, потому что облака могут блокировать выход инфракрасного излучения.