Улучшенные композиты помогут утилизировать отходящее тепло
Команда ученых из Массачусетского университета Амхерста, возглавляемая Дхандапани Венкатараманом и Златаном Аксамией, предложила более эффективный и дешевый метод сбора тепловой энергии с помощью полимеров.
По некоторым оценкам, американские производственный, транспортный, жилой и коммерческий сектора используют только 40% поступающей энергии, теряя 60%. Часто, в виде тепла. Исследователи предложили полимерную систему для сбора такой энергии, сообщает phys.org. Выводы проекта представлены в Nature Communications.
«Это станет сюрпризом для сектора, — предсказал Венкатараман. – Система дает новую ключевую переменную для повышения термоэлектрической эффективности полимеров. Это позволит взглянуть на параметр в новом свете».
Отходящее тепло – проблема и потенциальный источник энергии. Его проще собирать при наличии местного источника с большим перепадом температур, вроде электростанции. Термоэлектрические полмеры менее эффективны в сборе тепла, чем жесткие, дорогие неорганические структуры, также имеющие низкий КПД.
«Но полимеры имеют потенциал из-за дешевизны производства и возможности нанесения на гибкие материалы. Последние можно обернуть вокруг дымоходов или других структур», — объяснил Аксамия.
Для улучшения свойств материалов ученые используют легирование. С его помощью в полимеры вводятся компоненты, повышающие их эффективность и способность перемещать электрические заряды.
«Но метод имеет побочный эффект. При улучшении одного параметра ухудшается другой, — сказал Аксамия. – Требуется много усилий для выбора компромисса».
Для решения этой проблемы исследователи проанализировали результаты экспериментов и симуляций. Химики проводили опыты, пока инженеры анализировали кривую от нулевого до максимального легирования, определяя лучший баланс для разных материалов. Они тестировали сотни сценариев в симуляциях.
«Теперь мы можем сказать оптимальный баланс напряжения и тока для любой существующей структуры. На некоторое время людей удовлетворит такая информация, — сказал Аксамия. – Мы также открыли новую переменную, которую ранее не учитывали. Она играет важную роль в сборе тепловой энергии».
На основе новых открытий исследователи расширили компромиссную кривую. Они выяснили, что кластеризация примесей влияет на ее форму. Для повышения эффективности необходимо пройти всю кривую. Выводы помогут в создании более качественных полимеров для сбора тепловой энергии.
