Matkad matkamatud telkimiskohta, kus on piisavalt varustust täis pakke, et hoida teid kolmepäevasel taganemisel kaootilisest linnaelust eemal. Kuid kui olete lahkumiseks valmis, mõistate mitte ainult seda, et teie mobiiltelefon on surnud, selle aku kulutas pärast signaali otsimist kogu aja, mille jooksul olete seda kõvasti vaeva näinud, vaid ka ei mäleta te täpselt, kuhu matkasite, mis tähendab, et teie telefoni GPS on teie päästerõngas tagasi reaalsusesse. Õnneks on teie keedunõusse sisseehitatud uue materjali tõttu vaja vaid potti sisse lülitada, seest vett soojendada ja ühendada telefon sellega ühendatud pessa. Ainult mõne tunni pärast laaditakse teie telefon ja saate selle turvaliselt tagasi raja äärde pargitud veoautosse tagasi tuua.
Utah 'ülikooli teadlased avastasid hiljuti, et mittetoksiline materjal, mis koosneb kolmest keemilisest elemendist - kaltsiumist, koobaltist ja terbiumist - tekitab jäätmesoojusest termoelektrilist energiat. Ca3Co4Og kihistades kuuma kihi, näiteks keedunõu, ja külma kihi vahel nagu poti sees olev toit või vesi, liigub kuumast otsast laeng läbi külma otsa, tekitades elektripinge.
Energia saadakse termoelektrilisel protsessil, kasutades temperatuuride erinevusi. Materjaliteaduse ja tehnikateaduste järeldoktori Shrikant Saini sõnul tekitab sel juhul tuvastatav pinge isegi ühe kraadi temperatuurierinevus.
"Termoelektriliste materjalide puhul, kui materjali üks ots on kuum ja teine ots külm, liiguvad laadimiskandjad kuumast otsast läbi materjali külma otsa, tekitades elektripinge, " ütleb Saini, hiljuti paberil olnud peaautor avaldatud ajakirjas Scientific Reports . "Mõni milligramm seda materjali annab umbes mikrosekundi elektrit."
Kuna materjal on nii uus avastus, ütles Saini, et nad on täpselt analüüsimas täpsust grammi täpsusega vattides; nende ligikaudne hinnang näitab aga, et ühe vatti võimsuse saamiseks on vaja umbes viis grammi materjali.
Sellel joonisel võib kuumast pliidist koosnev jahedam vesi koos keedunõus oleva jahedama veega või toiduga tekitada mobiiltelefoni laadimiseks piisavalt elektrit. (Ashutosh Tiwari) Vana vanasõna hoiatab meid, et me ei tohi raisata, vaid ei taha. Jäätmeid - energiajäätmeid - on aga keeruline koguda. USA-s kaotatakse ebaefektiivsuse tõttu ligi pool meie energiast ning suurem osa energiast toodetakse endiselt taastumatust naftast, maagaasist ja kivisöest. Lawrence Livermore'i riikliku labori koostatud USA energiakaardi kohaselt moodustasid 2013. aastal päikeseenergiast, tuumaenergiast, hüdroenergiast, tuuleenergiast, geotermilisest energiast, maagaasist, kivisöest, biomassist ja petrooleumist toodetud 97, 4 kvadriljoni Briti termilise üksuse (või neliku) toorenergia 97, 4 tuhat miljardit, tegelikult kasutati ainult 38, 4 nelikut. See tähendab, et raisati 59 nelikut. Selle raisatud energia kogumise ja kasutamise viisi leidmine võiks tulevikus olla jätkusuutlik ressurss.
"Heitsoojus on tõepoolest suures osas tähelepanuta jäetud, kuid samas tohutu võimaliku energia reservuaar, " ütleb Jeffrey Urban, Berkeley Labsi molekulaarvalukoja anorgaaniliste rajatiste direktor. "Termoelektrilised seadmed on paljulubavad selle ressursi kasutamiseks ja kasutamiseks - nad muudavad soojuse otse elektrienergiaks ilma liikuvate osade, töövedelike või muu mehaanilise keerukusega."
Urban märgib, et tõhusus, materjalide maksumus ja rakendamise lihtsus on kõik olulised tehnilised kaalutlused, lisades: "Keerulise transpordifüüsika tõttu kipuvad termoelektrikud optimaalselt töötama ainult ühel kindlal temperatuuril."
Varasemad termoelektrilised materjalide kompositsioonid koosnesid kaadmiumist, telluriidist või elavhõbedast - elementidest, mis olid kõik inimestele toksilised ja Saini uuringute kohaselt mitte nii stabiilsed kui Ca3Co4Og kombinatsioon. Samuti ei olnud varasemad termoelektrilised materjalid skaleeritavad, kuna need olid saadud üksikute kristallide tootmisel või valmistamisel, mis on nii kallis kui ka keeruline. Saini keemiline kombinatsioon võib võimaldada selle termoelektrilise tehnoloogia laiaulatuslikku kasutamist, kuna kemikaalid on hõlpsasti kättesaadavad segamiseks ja keetmiseks, et saada mittetoksiline materjal, muutes selle hõlpsamaks valmistamise suuremates partiides. See muudab avastuse võimalikuks mänguvahetajaks.
"Me ootame selle materjali paljusid rakendusi, " ütleb Saini. Utah 'ülikool on taotlenud patenti. Saini ei suuda mõnda konkreetset detaili paljastada, kuid lisab, et uut leiduvat materjali võiks kasutada ehetes, keedupottides ja autodes või isegi tulevikus meditsiiniliseks kasutamiseks.
Termoelektrilisus ehk temperatuuride erinevuste kaudu toodetud elekter pärines 1821. aastal, kui Thomas Seebeck ja Jean Peltier avastasid soojuse muundamise elektriks. Kolm aastakümmet hiljem, 1851. aastal avastas William Thomson (tuntud ka kui Lord Kelvin), et elektrivoolu läbi materjali läbimine võib seda kuumutada või jahutada, sõltuvalt elektronide hajumisest. Sellest ajast alates on väli edasi arenenud, kuna teadlased töötavad termoelektriliste jõudmiseks skaleeritavasse tehnoloogiasse.
Delaware'i ülikooli materjaliteaduse ja tehnikateaduste dotsent Joshua Zide uurib haruldaste muldmetallide elemente, eriti terbiumi, mis on Saini avastuseks keemiliste elementide kombinatsioonis. Ta ütleb, et terbium pole tingimata nii rikkalik, nagu teadlased arvavad, ehkki keemilises koostises kasutatud kogus võib muuta suured kogused sammu.
"[Terbium] on tegelikult palju levinum kui telluurium, mida tavaliselt kasutatakse termoelektris, kuid mis on tegelikult mõnevõrra haruldane, " ütleb Zide. "Selle tagajärjeks on viimastel aastatel märkimisväärsed hinnatõusud, kuna nõudlus on suurenenud nii termoelektriliste kui ka CdTe päikeseelementide (kaadmiumtelluriidi fotogalvaanilised päikeseelemendid - teine kõige levinum nende turul) järele."
Saini sõnul kulus selle termoelektrilise tehnoloogia teostamiseks ligi kümme aastat, algne eesmärk oli luua tõhus materjal enne, kui meeskond lisas oma lõplikele nõudmistele bio-sõbraliku toote. Kui toode on patenteeritud, soovivad nad seda turule tuua. “Praegu võime öelda ainult seda, et autodes on palju heitsoojust, mida saab kasutada elektrienergiaks muundamiseks, ” ütleb Saini.
Termoelektrienergia tulevik on paljutõotav, eriti selle uue avastusega. California Santa Barbara ülikooli materjalide ning elektri- ja arvutitehnika emeriitprofessor Art Gossard usub, et uuel tehnoloogial võivad tulevikus olla rakendused sõjaväes, eriti kõikidele elektrilaevadele.
"Saate kasutada katelde ja reaktorite soojust, et toota elektrit, mis seejärel juhiks elektrimootorit ja lükkaks elektrilaeva, " ütleb Gossard. “Selle laeva eeliseks oleks see, et ta ei jätaks maha kuuma vett, mis muudab selle jälgimise lihtsamaks. Kuid see nõuaks megavatti võimsust ja termoelektrilisi pole veel sellises mahus suurendatud. "
Selle materjaliga jõuame võib-olla sinna.
