Pohodili se boste na neugleden kraj za kampiranje, napolnili z dovolj opreme, da boste zadovoljni za tridnevni umik stran od kaotičnega življenja v mestu. Ko pa ste pripravljeni na odhod, se zavedate, da je umrl samo vaš mobilni telefon, njegova baterija je porabljena po iskanju signala ves čas, ko ste ga grobo obdelali, ampak se ne morete povsem spomniti, kam ste prišli, kateri pomeni, da je GPS na vašem telefonu življenjska pot nazaj v resničnost. Na srečo je zaradi novega materiala, ki je vgrajen v vaš kuhalnik, vse, kar morate storiti, vklopite lonec, segreti vodo v notranjosti in telefon priključiti v vrata, povezana z njim. V samo nekaj urah se vam bo telefon napolnil in boste lahko varno prišli nazaj do svojega tovornjaka, parkiranega na poti.
Raziskovalci z univerze v Utahu so nedavno odkrili, da netoksični material, sestavljen iz treh kemičnih elementov - kalcija, kobalta in terbija, ustvarja termoelektrično energijo iz odpadne toplote. Z sendviranjem Ca3Co4Og med vročo plastjo, kot je kuhalnik, in plastjo, ki je hladna, kot hrana ali voda znotraj lonca, se polnjenje iz vročega konca premakne skozi hladni konec, pri čemer pride do električne napetosti.
Energija se pridobiva s termoelektričnim postopkom z uporabo temperaturnih razlik. V tem primeru znanstvenik o materialih in inženiringu post-doc, Shrikant Saini pravi, da celo ena stopnja temperaturne razlike ustvarja zaznavno napetost.
"Pri termoelektričnih materialih, ko je en konec materiala vroč, drugi konec pa hladen, se nosilci polnjenja iz vročega konca premikajo skozi material do hladnega konca, pri čemer ustvarjajo električno napetost, " pravi Saini, vodilni avtor v prispevku nedavno objavljeno v znanstvenih poročilih . "Nekaj miligramov tega materiala bo zagotavljalo približno mikrovit električne energije."
Ker je gradivo tako novo odkritje, Saini pravi, da so sredi analize natančnih meritev gramov do vatov; vendar njihova groba ocena kaže, da za en vaten moči potrebujejo približno pet gramov materiala.
Na tej sliki lahko toplota iz vroče peči, skupaj s hladnejšo vodo ali hrano v kuhalnici, ustvari dovolj električne energije za polnjenje mobilnega telefona. (Ashutosh Tiwari) Stari pregovor nas opozarja, da "ne zapravljajte, ne želite." Toda odpadke - odpadke energije - je težko zajeti. V ZDA skoraj polovica naše energije izgubimo zaradi neučinkovitosti, večina naše energije pa je še vedno proizvedena iz neobnovljivega nafte, zemeljskega plina in premoga. Glede na ameriško energetsko karto, ki jo je sestavil Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore, je 97, 4 kvadratnih britanskih toplotnih enot (ali štirikolesnikov) surove energije, ustvarjene leta 2013 iz sončne, jedrske, hidro, vetrne, geotermalne, zemeljskega plina, premoga, biomase in nafte, uporabljenih je bilo le 38, 4 štirikolesnikov. To pomeni, da so zapravili 59 štirikolesnikov. Iskanje načina za zbiranje in uporabo te zapravljene energije bi lahko zagotovilo trajnostni vir za prihodnost.
"Odpadna toplota je v resnici spregledana, vendar obširna zaloga možne energije, " pravi Jeffrey Urban, direktor neorganskega objekta v Molekularni livarni v Berkeley Labs. "Termoelektriki so obetavna pot za izkoriščanje in izkoriščanje tega vira - neposredno pretvorijo toploto v električno energijo brez gibljivih delov, delovnih tekočin ali druge mehanske zapletenosti."
Urban ugotavlja, da so učinkovitost, stroški materialov in enostavnost izvedbe pomembni inženirski vidiki in dodaja: "Zaradi zapletene transportne fizike termoelektriki delujejo optimalno pri samo eni določeni temperaturi."
Prejšnje sestavke termoelektričnih materialov so sestavljali kadmij, telurid ali živo srebro - elementi, ki so bili strupeni za človeka in po Saini raziskavi niso tako stabilni kot kombinacija Ca3Co4Og. Prav tako predhodni termoelektrični materiali niso bili nadgradljivi, ker so bili pridobljeni iz proizvodnje ali izdelave monokristalčkov, kar je hkrati drago in zahtevno. Sainina kemična kombinacija lahko omogoči obsežno uporabo te termoelektrične tehnologije, ker so kemikalije na voljo za mešanje in kuhanje, da dobimo nestrupene snovi, kar olajša izdelavo v večjih serijah. Zaradi tega je odkritje možno spremeniti igro.
"Predvidevamo veliko uporabe tega gradiva, " pravi Saini. Univerza v Utahu je prijavila patent. Saini ne more razkriti nekaterih podrobnosti, vendar dodaja, da bi novo nastali material lahko uporabljali v nakitu, kuharskih loncih in avtomobilih - ali celo imeli v prihodnosti medicinsko uporabo.
Termoelektričnost - ali elektrika, proizvedena s temperaturnimi razlikami - je nastala leta 1821, ko sta Thomas Seebeck in Jean Peltier odkrila pretvorbo toplote v električno energijo. Tri desetletja pozneje leta 1851 je William Thomson (znan tudi kot Lord Kelvin) odkril, da teče električni tok skozi material, ga lahko segreva ali hladi, odvisno od razprševanja elektronov. Od takrat se polje še naprej razvija, ko znanstveniki delajo, da bi termoelektriko pripeljali do razširljive tehnologije.
Joshua Zide, izredni profesor znanosti o materialih in tehniki na Univerzi v Delawareu, preučuje redke zemeljske elemente, zlasti terbij, ki je del kombinacije kemičnih elementov za Sainijevo odkritje. Pravi, da terbij ni nujno tako obilen, kot predlagajo raziskovalci, čeprav lahko količina, uporabljena v kemični sestavi, povzroči velike količine sporne točke.
"[Terbium] je v resnici veliko bolj pogost kot telur, ki se običajno uporablja v termoelektriki, vendar je dejansko nekoliko redek, " pravi Zide. "To je povzročilo velika povečanja cen v zadnjih letih, ko se je povpraševanje po termoelektrični in CdTe solarni fotonapetostni fotonapetostni sončni celici - drugi najpogostejši na trgu] povečalo."
Saini pravi, da je za uporabo te termoelektrične tehnologije potrebnih skoraj deset let, prvotni cilj pa je bil ustvariti učinkovit material, preden je ekipa svojim končnim zahtevam dodala bio prijazen. Ko je izdelek patentiran, ga želijo predstaviti komercialno. "Na tem mestu lahko rečemo le, da je v avtomobilih veliko odpadne toplote, ki jo lahko uporabimo za pretvorbo v električno energijo, " pravi Saini.
Prihodnost termoelektrične moči je obetavna, zlasti s tem novim odkritjem. Art Gossard, profesor za materiale ter električni in računalniški inženiring na kalifornijski univerzi Santa Barbara, verjame, da bi lahko nova tehnologija imela prihodnjo uporabo v vojaškem napredovanju, zlasti na električni ladji.
"Toploto, ki je prišla iz vaših kotlov in reaktorjev, bi lahko uporabili za pridobivanje električne energije, ki bi nato poganjala elektromotor in potiskala električno ladjo, " pravi Gossard. "Ta ladja bi imela prednost, če za seboj ne pušča kopice tople vode, kar omogoča lažje sledenje. Vendar bi potrebovali megavate moči, termoelektrična energija pa še ni toliko spremenjena. "
S tem materialom bomo morda prišli tja.
