Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) совместно с индустриальным партнером разработали термоэлектрический генератор нового поколения, который в десять раз эффективнее имеющихся на рынке аналогов.
Термоэлектрический генератор - это устройство, которое преобразует тепловую энергию в электрическую. Эта тема вызвала большой интерес в связи с глобальной тенденцией к обезуглероживанию. Новая концепция генератора основана на сложной углеродной наноструктуре. В процессе нагрева происходят квантовые электродинамические процессы, активирующие термоэлектрическую генерацию.
«Мы нагреваем структуру, которая создана определенным образом и имеет сложную стехиометрию. Благодаря нагреву запускается взаимодействие электронной подсистемы и структурной решетки. В результате созданная нами углеродная наноструктура начинает генерировать электроны. В результате такого квантово-физического взаимодействия при тепловом воздействии возникает электрический ток», — рассказала Ольга Квашенкина, директор Научно-технического центра СПбПУ.
Исследователи выполнили теоретические исследования, посвященные эффективности устройства, затем создали цифровую модель и провели цифровые испытания, что значительно сократило время разработки технологии.
Затем результаты моделирования были проверены в ходе экспериментов, проведенных с использованием атомно-силовых микроскопов, различных типов спектрометров и комплекса исследовательского оборудования, созданного специально для данной разработки. В настоящее время проект находится на стадии прототипа оборудования. Устройство имеет небольшие размеры 5×2 мм и высоту 1 мм, что делает его портативным.
«Использование термоэлектрического генератора имеет решающее значение не только для бытового использования, но и для промышленности. Например, на нагретой до 1500 градусов поверхности газотурбинного двигателя размещается устройство, и это тепло, превращаясь в электрическую энергию, передается на датчики, предназначенные для контроля состояния этого двигателя», - отметила Ольга Квашенкина. «Что касается бытового использования, то сейчас мы работаем над тем, чтобы наша разработка могла заряжать устройства с низким энергопотреблением. Мы будем стремиться к созданию портативных термоэлектрических зарядных устройств для мобильных телефонов».
Тепла от системы центрального отопления будет достаточно для выработки тока, достаточного для зарядки бытовых приборов. Предполагается, что термоэлектрический генератор должен быть установлен вблизи системы отопления. Полученная электроэнергия будет передаваться по электропроводке и заряжать небольшие устройства. Одним из ключевых моментов является безопасность этой системы как для пользователя, так и для электронного оборудования, подключенного к этому устройству.
Система предназначена для работы при очень высоких температурах, благодаря термостойким компонентам углеродной наноструктуры, что обеспечивает ее пригодность для промышленного применения. В случае бытового использования температуры системы отопления помещения будет достаточно, чтобы устройство вырабатывало электроэнергию; никаких особых требований к материалам корпуса устройства не потребуется. Поэтому устройство можно сделать финансово доступным для рядовых потребителей.
