Bijna 200 jaar nadat de Franse natuurkundige Jean Peltier ontdekte dat elektrische stroom die door de kruising van twee verschillende metalen vloeit, kan worden gebruikt om een ​​verwarmend of verkoelend effect te produceren. wetenschappers blijven zoeken naar nieuwe thermo-elektrische materialen die kunnen worden gebruikt voor energieopwekking.

Onderzoekers schrijven in Natuurmaterialen , echter, zeggen dat het tijd is om de inspanningen op te voeren om nieuwe materialen voor thermo-elektrische koeling te vinden.

Bismuttelluriumverbindingen worden al meer dan 60 jaar gebruikt voor thermo-elektrische koeling, en de onderzoekers zeggen dat het feit dat er al een commerciële vraag naar de technologie is, suggereert dat betere materialen de markt kunnen uitbreiden.

"Het meeste werk is gericht op materialen op hoge temperatuur voor energieopwekking, maar er is nog geen markt, " zei Zhifeng Ren, directeur van het Texas Center for Superconductivity aan de Universiteit van Houston en corresponderende auteur van het artikel. "Koeling is een bestaande markt, een miljardenmarkt, en er is niet veel vooruitgang geboekt op het gebied van materialen."

Hij en co-auteurs Jun Mao, een onderzoeker bij TcSUH, en Gang Chen, een werktuigbouwkundig ingenieur en nanotechnoloog aan het Massachusetts Institute of Technology, pleiten voor meer focus op de ontwikkeling van nieuwe geavanceerde materialen die werken bij of nabij kamertemperatuur.

De drie maakten deel uit van een groep die in 2019 berichtte in het tijdschrift Wetenschap een nieuw materiaal dat efficiënt werkt bij kamertemperatuur terwijl het bijna geen kostbaar tellurium vereist, een belangrijk onderdeel van het huidige state-of-the-art materiaal.

Het materiaal, bestaande uit magnesium en bismut, was bijna net zo efficiënt als het traditionele bismut-telluriummateriaal. Er wordt gewerkt aan verbetering van het materiaal, zei Ren.

Thermo-elektrische materialen werken door gebruik te maken van de warmtestroom van een warmer gebied naar een koeler gebied, zorgen voor een emissievrije energiebron. De materialen kunnen worden gebruikt om restwarmte van energiecentrales, uitlaatpijpen van auto's en andere bronnen - in elektriciteit, en een aantal nieuwe materialen zijn gemeld voor die toepassing, waarvoor materialen nodig zijn om bij hogere temperaturen te presteren.

Thermo-elektrische koelmodules vormen een grotere uitdaging omdat ze bij kamertemperatuur moeten werken, waardoor het moeilijker wordt om een ​​hoog thermo-elektrisch cijfer van verdienste te bereiken, een metriek die wordt gebruikt om te bepalen hoe efficiënt een materiaal werkt. Thermo-elektrische materialen die worden gebruikt voor energieopwekking bereiken gemakkelijker een hoog rendement omdat ze bij hogere temperaturen werken - vaak rond de 500 Celsius, of ongeveer 930 Fahrenheit.

Maar er zijn ook voordelen aan thermo-elektrische koelapparaten:ze zijn compact, geruisloos werken en bijna onmiddellijk kunnen schakelen tussen verwarmen en koelen, waardoor nauwkeurige temperatuurregeling mogelijk is. Ze werken ook zonder ozonschadelijke broeikasgassen te genereren.

Ze worden voornamelijk gebruikt voor kleine toepassingen, inclusief het vervoer van medische benodigdheden en koelende laserdiodes.

"Voor grootschalige koelapparatuur, een compressor is nog efficiënter, " zei Rens, die ook MD Anderson Chair Professor of Physics is. "Voor kleinere systemen of voor elke koeltoepassing die een zeer nauwkeurige temperatuurregeling vereist, reguliere compressoraangedreven koeling is niet zo goed."

Maar de ontdekking van nieuwe en betere materialen zou de markt kunnen uitbreiden.

"Als je materialen kunt vinden met een hoger cijfer, u kunt een zeer concurrerende prestatie hebben voor koelkasten of zelfs airconditioning, " zei Ren. "Het is er nog niet, maar ik zie niet in waarom het niet in de toekomst kan zijn."