Coraz lepsze termoelektryki

Materiały termoelektryczne mogą być wykorzystane do zamiany ciepła odpadowego w energię elektryczną lub po to, by zapewnić chłodzenie bez potrzeby stosowania cieczy chłodzących. Zespół badaczy z University of Michigan znalazł sposób, aby bez mała podwoić efektywność jednej z ich klasy wykonanej z półprzewodników organicznych.

Półprzewodniki organiczne są bogate w związki węgla i są stosunkowo tanie, lekkie oraz wytrzymałe. Jednak jako materiał termoelektryczny nie są zbyt wydajne.

Obecnie dostępne termoelektryki wykonane z półprzewodników nieorganicznych są tworzone ze stosunkowo rzadkich materiałów, takich jak bizmut, tellur, czy selen. Są one kruche, drogie oraz nierzadko toksyczne. Mimo, to ich wydajność termoelektryczna jest zaledwie cztery razy większa od ich organicznych odpowiedników.

Ta zwiększona wydajność odzwierciedlona jest tzw. współczynnikiem dobroci. Współczynnik ten w temperaturze pokojowej wynosi dla najnowszych półprzewodników nieorganicznych 1, natomiast dla znanych nam organicznych zaledwie 0,25. Naukowcom udało się jednak stworzyć organiczny termoelektryk, który posiada współczynnik dobroci na poziomie 0,42. Nowy związek znany jest jako PEDOT:PSS. PEDOT:PSS jest mieszaniną dwóch polimerów: sprzężonego PEDOT oraz polielektrolitu PSS.

Jednym ze sposobów na zwiększenie zdolności przewodzenia przez materiał jest dodanie do niego zanieczyszczeń poprze proces zwany dopingiem. Domieszkowanie pozwala w płynny sposób zwiększać przewodnictwo elektryczne.

Domieszką w przypadku nowego materiału jest PSS. W kopolimerze znajdziemy niewiele aktywnych cząsteczek tego polimeru, reszta jest niezjonizowana, ponieważ ich nadmiar dramatycznie pogorszyłby właściwości termoelektryczne i przewodności materiału. W celu poprawy efektywności termoelektrycznej, naukowcy musieli zrewidować strukturę materiału. Dzięki usunięciu nadmiernej ilości domieszek polepszyli właściwości materiału, o których mowa.

Technologia, którą opracowali naukowcy pozwoli w przyszłości stworzyć elastyczne arkusze, które owijane wokół rur chłodziłyby je bez udziału dodatkowych mediów.

(rr)