การนำความร้อนเหลือทิ้งไปใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดเล็ก

นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวัสดุที่เหมาะสมสำหรับใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกโดยอิงจาก 'ผลกระทบ Nernst (ANE) ที่ผิดปกติ' ที่เพิ่มท่อร่วมของประสิทธิภาพการสร้างแรงดันไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้สามารถสวมใส่ได้อย่างสะดวกสบายในรูปทรงและขนาดที่ยืดหยุ่นได้ เพื่อรองรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก จึงเปลี่ยนแทน แบตเตอรี่.

เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกทำให้เกิดการแปลงระหว่างพลังงานความร้อนและไฟฟ้า เรียกว่าเอฟเฟกต์ Seebeck เมื่อความร้อนถูกแปลงเป็นศักย์ไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อของโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกัน และในทางกลับกันเรียกว่าเอฟเฟกต์เพลเทียร์ กล่าวคือ การแปลงศักย์ไฟฟ้าให้กลายเป็นความร้อน

ความร้อนมีมากมาย และบางครั้งก็สูญเปล่า ซึ่งสามารถเก็บเกี่ยวเพื่อเป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ มีความพยายามมากมายในอดีตในการพัฒนาเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์เพื่อเก็บเกี่ยวความร้อน แบบที่ใช้เอฟเฟกต์ Seebeck ไม่สามารถมองเห็นแสงของวันได้ เนื่องจากมีข้อจำกัดหลายประการ

ปรากฏการณ์ที่รู้จักกันน้อยเรียกว่า เอฟเฟกต์ Nernst ผิดปกติ (ANE)กล่าวคือ การใช้การไล่ระดับอุณหภูมิในวัสดุแม่เหล็กจะสร้างแรงดันไฟฟ้าในแนวตั้งฉากกับการไหลของความร้อน และยังเคยถูกนำไปใช้ในการเก็บความร้อนและแปลงเป็นไฟฟ้าในอดีตอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ศักยภาพของมันถูกจำกัดสำหรับความต้องการวัสดุที่เหมาะสมปลอดสารพิษ พร้อมใช้งาน และราคาไม่แพง

การค้นหาเนื้อหาที่เหมาะสมนี้ใกล้จะสิ้นสุดแล้ว! เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยได้รายงานถึงการผลิตโลหะผสมที่ไม่เป็นพิษ หาได้ง่าย ราคาไม่แพง และอ่อนตัวพอที่จะทำเป็นฟิล์มบาง ๆ เพื่อให้เหมาะกับความต้องการ นักวิจัยทำโดยใช้กระบวนการยาสลบ Fe3Al หรือ FE3Ga (เหล็ก 75% และอลูมิเนียมหรือแกลเลียม 25%) เมื่อใช้วัสดุนี้ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้น 20 เท่า

วัสดุที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ดูเหมือนจะมีแนวโน้มดีและสามารถนำไปใช้ในการออกแบบวัสดุที่บางและยืดหยุ่นได้ซึ่งสามารถเก็บเกี่ยวได้ ความร้อนเหลือทิ้ง แปลงเป็นไฟฟ้าแรงสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอต่อการจ่ายไฟ อุปกรณ์ขนาดเล็ก.

การค้นพบวัสดุนี้ซึ่งเหมาะสมในแง่ของคุณสมบัติ อาจเป็นไปได้เนื่องจากมีเทคโนโลยีการคำนวณเชิงตัวเลขแบบอัตโนมัติความเร็วสูง สามารถเอาชนะข้อจำกัดของวิธีการพัฒนาวัสดุเมื่อก่อนโดยอิงจาก 'การทำซ้ำ' และ 'การปรับแต่ง' ได้อย่างมีประสิทธิภาพ .

***

แหล่งที่มา:

1. มหาวิทยาลัยโตเกียว 2020. แถลงข่าว. องค์ประกอบมากมายสำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เครื่องกำเนิดเหล็กแบบบางใช้ความร้อนเหลือทิ้งเพื่อให้มีพลังงานเพียงเล็กน้อย โพสต์ 28 เมษายน 28, 2020 ออนไลน์ได้ที่ https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html เข้าถึงเมื่อ 08 พฤษภาคม 2020.

2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. เฟอร์โรแม่เหล็กแบบไบนารีที่มีธาตุเหล็กเป็นพื้นฐานสำหรับการแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกตามขวาง ธรรมชาติ 581, 53–57 (2020). ดอย: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z

***