Natuurkundigen van de Universiteit van Houston hebben een nieuw thermo-elektrisch materiaal ontdekt dat hoge prestaties levert bij temperaturen van kamertemperatuur tot 300 graden Celsius, of ongeveer 573 graden Fahrenheit.

"Dit nieuwe materiaal is beter dan het traditionele materiaal, Bismut telluride, en veel efficiënter kan worden gebruikt voor de omzetting van restwarmte in elektriciteit, " zei Zhifeng Ren, M.D. Anderson, hoogleraar natuurkunde aan de UH en hoofdauteur van een paper waarin de ontdekking wordt beschreven, online gepubliceerd door Nano-energie .

Ren, die tevens hoofdonderzoeker is bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH, zei dat het werk belangrijk kan zijn voor onderzoek naar schone energie en commercialisering bij temperaturen van ongeveer 300 graden Celsius.

Bismuttelluride is sinds de jaren 50 het standaard thermo-elektrisch materiaal en wordt voornamelijk gebruikt voor koeling, hoewel het ook kan worden gebruikt bij temperaturen tot 250 C, of 482 F, voor stroomopwekking, met beperkte efficiëntie.

Voor deze ontdekking Ren en andere leden van zijn lab gebruikten een combinatie van magnesium, zilver en antimoon om elektriciteit op te wekken uit warmte volgens het thermo-elektrische principe. Ze voegden een kleine hoeveelheid nikkel toe, waarna Ren zei dat de verbinding nog beter werkte.

Het werk is gedaan in samenwerking met onderzoekers van de UH Department of Chemistry en het Massachusetts Institute of Technology. Huaizhou Zhao en Jiehe Sui, een lid van Ren's lab wiens thuisinstituut het Harbin Institute of Technology in China is, waren primaire bijdragers; Zhao is nu onderzoekswetenschapper aan het Institute of Physics bij de Chinese Academy of Sciences.

Het materiaal werkt goed tot 300 C, Ren zei; er wordt gewerkt aan verbetering van de efficiëntie.

Het potentieel voor het opvangen van warmte – van elektriciteitscentrales, industriële schoorstenen en zelfs uitlaatpijpen van voertuigen - en het omzetten ervan in elektriciteit is enorm, waardoor warmte die nu verloren gaat, kan worden gebruikt om energie op te wekken. Ren zei dat de temperaturen daar kunnen variëren van 200 C tot 1, 000 C, en tot nu toe, er is geen thermo-elektrisch materiaal geweest dat in staat is om te werken zodra de omstandigheden de lagere niveaus van hitte overschrijden. Veel van de vraag varieert van 250 C tot 300 C, hij zei.

Ren lang heeft in thermo-elektriciteit gewerkt, onder andere wetenschappelijke gebieden. Zijn onderzoeksgroep publiceerde een artikel in het tijdschrift Wetenschap in 2008 vastgesteld dat de efficiëntie - de technische term is het "cijfer van verdienste" - van bismut-telluride met maar liefst 20 procent zou kunnen worden verhoogd door de manier waarop het wordt verwerkt te veranderen. Destijds, Ren zat op het Boston College.

En zijn lab publiceerde afgelopen zomer een artikel in de... Proceedings van de National Academy of Sciences vaststelling van tintelluride met toevoeging van het chemische element indium als een materiaal dat in staat is afvalwarmte om te zetten in elektriciteit. Maar tintelluride werkt het beste bij temperaturen hoger dan ongeveer 300 C, of ongeveer 573 F, waardoor het belangrijk is om te blijven zoeken naar een ander materiaal dat werkt bij lagere temperaturen.

De groep van Ren is niet de eerste die het nieuwe materiaal bestudeert, die niet is genoemd maar waarnaar wordt verwezen in de Nano-energie papier als eenvoudig op MgAgSb gebaseerde materialen, met behulp van de chemische namen voor de elementen die zijn gebruikt om het te maken. De krant citeert werk gedaan in 2012 door M.J. Kirkham, et al; dat werk gebruikte magnesium, zilver en antimoon in gelijke delen, Ren zei, maar resulteerde in onzuiverheden en slechte geleidende eigenschappen.

Hij zei dat zijn lab ontdekte dat het gebruik van iets minder zilver en antimoon, en de elementen afzonderlijk mengen - magnesium en zilver op de eerste plaats zetten in het kogelmolenproces, toevoeging van de antimoon na enkele uren - elimineerde de onzuiverheden en verbeterde de thermo-elektrische eigenschappen aanzienlijk.

"We hadden veel verschillende kwaliteiten, "zei hij. "Beter, zonder onzuiverheden, en kleinere korrelgrootte, samen met veel betere thermo-elektrische eigenschappen."