Ток из разницы температур

Более половины сегодняшнего потребления энергии тратится на бесполезные отходы тепла, такие как тепло от холодильников и всевозможных устройств, а также тепло от фабрик и электростанций. Потери энергии в автомобилях еще больше. Автомобильным двигателям удается использовать только 30% вырабатываемой ими энергии. Разработка новой экологически чистой технологии под названием термоэлектричество перспективна. Преобразователь температура-ток может «превратить» отработанное тепло в электричество. Короче говоря, преобразователь температура-ток как технология предполагает использование перепадов температур.

Принцип преобразователя температуры в ток

Термоэлектрический генератор имеет последовательное соединение, которое помогает увеличить генерируемое напряжение, и параллельное соединение, которое повышает теплопроводность.  Он имеет полупроводник p-типа и полупроводник n-типа, помещенный между двумя керамическими табличками. Термоэлектрический материал генерирует электричество с помощью высокого температурного градиента.

Тепло обычно течет из горячей области в холодную, чтобы получить градиент для разницы температур. В термоэлектрическом материале электроны перетекают из более высоких областей в более низкие, и этот принцип управляется эффектом коэффициента Зеебека, также известным как термоэнергия.

Термоэлектрические материалы

Термоэлектрические материалы представляют большой интерес из-за их способности использовать отработанное тепло для выработки электроэнергии. Термоэлектрические устройства на основе термоэлектрических материалов обладают многочисленными преимуществами, такими как низкий уровень шума, высокая надежность, отсутствие движущихся частей и длительный срок эксплуатации.

Поскольку энергоблоки термоэлектрической генерации вырабатывают электрический ток от перепада температур, мы можем преобразовывать отработанную тепловую энергию в электрическую.

Чтобы создать термоэлектрические материалы, физики должны разрешить очевидный парадокс. Металл проводит и электричество, и тепло. Изолятор не проводит ни электричества, ни тепла.

Хороший термоэлектрический материал должен быть полупроводником с особыми свойствами: его тепловое сопротивление должно быть как можно выше, в то же время ток должен протекать через него легко. Это не простая комбинация, и это может даже звучать как противоречие. Лучшим решением является создание небольших структур, которые отражают тепловые волны в то же время, когда ток не имеет сопротивления.

Термоэлектрическая генерация энергии является одним из наиболее перспективных инструментов. Однако эффективность преобразования обычной термоэлектрической генерации сейчас недостаточна по своим характеристикам. Причина такой низкой эффективности заключается в плохих термоэлектрических свойствах большинства обычных термоэлектрических материалов.

Применение термоэлектричества

Термоэлектрические материалы находят широкое применение в космических полетах. Когда космический зонд проходит достаточно далеко от солнца, его солнечные элементы перестают работать. Батареи имеют слишком короткий срок службы, а энергия с куска плутония сделает свое дело нагреваясь до температуры в тысячу градусов. Благодаря разнице температур космический зонд получает достаточно электричества.

Плутоний — хорошее решение для космических зондов, но это не практичное решение для автомобилей и других земных объектов.

Современные автомобили нуждаются в большом количестве электричества. Покрывая выхлопную систему термоэлектрическими пластинами, тепло от выхлопной системы может увеличить эффективность автомобиля почти на десять процентов за один ход. Это может будет революция в современной автомобильной промышленности.

В бытовых системах используется преобразователь температура-ток для зарядки мобильных устройств.  Использование градиента температур, когда одна сторона становится горячей, другая сторона остается холодной можно получить ток.

Пример бытового применения преобразователя тепло-ток

Термоэлектрические материалы – это довольно перспективный источник энергии, позволяющий получать ток из разницы температур. К примеру, из термоэлектрической ткани можно было бы делать куртки, заряжающие гаджеты за счет разницы между прохладной внешней и теплой внутренней стороной одежды. К тому же, существуют концепты термоэлектрических выхлопных труб, питающих бортовую электронику автомобилей. Сегодня же речь пойдет о термоэлектрических котелках, позволяющих пополнять заряд портативных устройств.

Новинка, получившая название PowerPot, доступна в двух размерах: маленьком походном PowerPot V и большом домашнем PowerPot X.  Сделано из термоэлектрического материала, позволяющего получать ток за счет тепловой разницы между нагретым дном и менее нагретой верхней частью. Выработанный ток подается на батарею гаджета по огнестойкому USB-кабелю. Новинка также оснащена водоустойчивым светодиодным индикатором, сигнализирующем о том, что электричество начало вырабатываться.

Походная модель подходит для одновременной подзарядки двух небольших устройств: плеера, смартфона, фонарика или чего-либо подобного. В свою очередь, большая PowerPot X способна поддерживать работу планшетника. К тому же, в перспективе разработка наиболее крупной модели – PowerPot XV, которая смогла бы питать систему освещения в небольшом помещении.