Наша технология научно-обоснованно направлена на получение водорода, водородосодержащего топлива в запатентованной на изобретение водородной турбо-генераторной установке и потребление по назначению, исключая хранение и транспортировку в баллонах или трубопроводах, тем самым обеспечив 100% автономность, которая дает возможность использования водородных турбогенераторных установок в любой точке земного шара, включая воздушную, подводную и космическую среду.

Патенты, научные открытия ЗАО НППСО «ГРАНТСТРОЙ»:

– №22694486 «Способ получения водородсодержащего газа в турбогенераторной установке»;
– №2478688 «Многостадийный способ получения водосодержащего газообразного топлива и теплогазогенераторная установка его реализации (способ Аракеляна Г.Г.)»
– №117145 «Теплогенераторная установка» (установка Аракеляна Г.Г.)»
– Научное открытие «Явление двухстадийного высокотемпературного окисления углеводородов водой», диплом №425.

Буклет скачать PDF

Производство тепла – обзор

5.07.5 Заключительные замечания

Производство тепла на ТЭЦ обычно считается мерой повышения общей эффективности энергетических систем. Основное преимущество ТЭЦ заключается в том, что совместное производство тепла и электроэнергии требует значительно меньших затрат топлива, чем если бы эти два продукта производились на отдельных станциях. Таким образом, ТЭЦ на биомассе представляет собой альтернативу сочетанию эффективных энергетических технологий и возобновляемого, климатически нейтрального топлива. В этой главе были проанализированы и обсуждены системные аспекты биоэнергетических систем, включая ТЭЦ.В этом разделе резюмируются некоторые основные идеи и размышления.

В то время как ТЭЦ на биомассе, основанная на прямом сжигании и паровом цикле, является доминирующей технологией ТЭЦ на биомассе сегодня, технологии на основе газификации, такие как BIGCC CHP, могут стать более влиятельными в будущем. Основным преимуществом технологий ТЭЦ на основе газификации является возможность более высокой эффективности преобразования биомассы в электричество по сравнению с традиционными вариантами. Многие исследования показывают, что, когда технология BIGCC достигнет зрелости, она станет экономически выгодным вариантом и будет иметь благоприятные экологические характеристики.Однако до сих пор технология страдала из-за слишком высоких затрат на технологию, чтобы ее можно было развернуть в более крупном масштабе. Таким образом, как это часто бывает с новыми технологиями, решающее значение имеет готовность участников взять на себя расходы на обучение и / или возможности найти нишевые рынки. Учитывая потенциальные выгоды, стимулы для дальнейшего развития и снижения затрат с социальной точки зрения кажутся высокими.

В ситуации с неразвитыми рынками биомассы и высокими затратами на распределение биомассы производство тепла на основе биомассы в значительной степени зависит от имеющихся на местном уровне ресурсов.Это может привести к выбору неэффективных технологий с точки зрения более высокого уровня системы; например, высокая электрическая эффективность может быть проиграна высокой тепловой эффективности. Однако вполне вероятно, что рынки биомассы будут развиваться, и что биомасса (так же, как и другие варианты исходного сырья) в большей степени будет продаваться на более длинные расстояния. Эта тенденция уже наблюдается; например, древесные гранулы сегодня поставляются в Европу из Канады. Достижения в методах предварительной обработки, таких как торрефикация и пиролиз, которые увеличивают удельную энергию и, следовательно, снижают затраты на транспортировку, могут, кроме того, ускорить такое развитие.

Лучшие возможности для недорогой транспортировки биомассы также приносят пользу крупномасштабным ТЭЦ, работающим на биомассе. При больших масштабах эффективность ТЭЦ на биомассе обычно увеличивается, в то же время уменьшаются удельные инвестиционные затраты. Однако, естественно, большие ТЭЦ также требуют большого количества тепла. Тепловые соединения между различными системами централизованного теплоснабжения являются одним из способов увеличения возможностей для крупных электростанций, хотя затраты, связанные с таким расширением, могут быть значительными.

Хотя биомассой можно торговать в глобальном масштабе, важно признать, что если в будущем будут применяться жесткие ограничения выбросов парниковых газов в глобальном масштабе, биомасса будет ограниченным ресурсом. Таким образом, даже если биомассу в замкнутой системе можно считать климатически нейтральной, не все виды использования биомассы одинаково выгодны с системной точки зрения; различное распределение ресурсов биомассы связано с разными уровнями экологической и экономической эффективности. При анализе энергетических систем, заглядывая в будущее, это, в принципе, следует учитывать независимо от уровня изучаемой системы (например, уровня завода, глобальной энергетической системы и т. Д.).). Следует отметить, что выводы относительно экологических характеристик конкретного применения биомассы будут радикально отличаться в зависимости от того, влияет ли использование биомассы на другие альтернативные виды использования биомассы или предполагается, что повышенный спрос будет удовлетворен за счет увеличения предложения биомассы.

В связи с перспективой будущей ситуации, когда ресурсы биомассы ограничены и, следовательно, не могут использоваться для всех целей без ограничений, возникает вопрос, в каких секторах и для каких целей следует использовать ограниченное количество биомассы.Основными альтернативами являются либо использование биомассы для производства тепла и электроэнергии в стационарных энергетических системах, либо преобразование биомассы в жидкое или газообразное топливо для использования в транспортном секторе. Конечно, сочетание этих вариантов является наиболее вероятным сценарием в будущем, поскольку местные и региональные обстоятельства и стимулы будут благоприятствовать различным решениям. Даже в этом случае определение драйверов для того или иного варианта может быть полезно для понимания общих тенденций. Несмотря на ряд неопределенностей, многие исследования приходят к выводу, что биомасса используется более эффективно для производства тепла и энергии, чем в качестве транспортного биотоплива.Основная причина этого связана с потерями, связанными с преобразованием биомассы в жидкое или газообразное топливо, подходящее для транспортных средств. С другой стороны, готовность платить за топливо очень высока в транспортном секторе, а высокие цены на нефть могут привести к более широкому использованию конверсии твердого топлива в транспортное топливо. Однако в будущем с растущим спросом на энергосервис, а также с высокими амбициями в отношении сокращения выбросов парниковых газов, давление на эффективное использование биомассы будет высоким, как и спрос на энергоносители с высокой эксергетической энергией, такие как электричество.В этом контексте свойства ТЭЦ на биомассе в целом и вариантов ТЭЦ на биомассе с высоким электрическим КПД в частности кажутся выгодными.

Выработка тепла – обзор

4.1 Тепло и вспучивание

Выработка тепла в результате радиоактивного распада имеет значение только для ВАО, отработавшего топлива и, в меньшей степени, плутонийсодержащих форм отходов. Несмотря на то, что эти отходы проходят период охлаждения во время промежуточного хранения перед их окончательным захоронением, они будут продолжать выделять тепло после завершения захоронения в GDF.Тепло, выделяемое в течение рабочего периода, может быть отведено вентиляцией, но оно начнет увеличиваться после закрытия GDF.

Максимальная температура, достигаемая в GDF, зависит от нескольких факторов, включая запас радионуклидов, переработку отходов, расположение GDF, температуру окружающей вмещающей породы, теплопроводность и конвекцию тепла и насыщение хранилища (RWM, 2016b). Расчеты теплового развития британских модулей, содержащих ВАО и различные виды отработанного топлива, указывают на ожидаемый диапазон температур 80–200 ° C на поверхности контейнеров в ранний период после закрытия (RWM, 2016c), и очевидно, что эти более высокие температуры окажут сильное влияние на колонизацию микробов.Напротив, из-за природы отходов возможность значительного тепловыделения в САО и НАО ограничена и в значительной степени зависит от температуры внешней среды (RWM, 2016b). В течение короткого периода времени ожидаемые температуры в ГЗЗ САО могут достигать 80 ° C (Chambers et al., 1995; Knill and Kennedy, 2003).

Ожидается, что радиогенное тепловыделение из отработавшего топлива будет значительным в течение нескольких тысяч лет после захоронения (NDA, 2010b). Меньший источник тепла можно ожидать от гидратации вяжущих материалов, которая протекает через ряд экзотермических химических реакций.В результате нагрев, который может происходить в ближнем поле GDF, может привести к повышению температуры на несколько десятков градусов и может быть значительным в течение нескольких десятилетий (Askarieh et al., 2000; NDA, 2010c), но ожидается, что они окажут более ограниченное воздействие на микробную колонизацию.

Повышенные температуры могут привести к химическим и физическим изменениям в среде GDF, которые могут повлиять на производительность хранилища. В целом это приведет к увеличению коррозионных процессов и скорости образования газа (NDA, 2010d, e).Термическое расширение используемых материалов EBS может вызвать механические напряжения, которые приводят к более высокому давлению и, в конечном итоге, могут вызвать трещины из-за растрескивания. Более высокие температуры могут также вызвать набухание материала обратной засыпки, что может препятствовать росту микробов. В тесте на набухание бентонита показатели выживаемости микробов были потенциально ниже из-за повышенного давления, причем те микроорганизмы, которые образовывали споры, показали самые высокие показатели выживаемости (Pedersen, 2000). Напротив, переломы, возникшие из-за нагрева и набухания, могут обеспечивать пути миграции, которые могут поддерживать микробную колонизацию новых микрониш.

Повышенные температуры (до 80 ° C) уменьшат буферную способность используемых вяжущих материалов, но смогут обеспечить более длительную буферную способность. Это вызвано более низкой растворимостью Ca (OH) ₂ из цемента и повышенной диссоциацией воды (RWM, 2019). Более низкие количества ионов Ca ^{2 +} в растворе могут способствовать более высокому микробному разнообразию, которое часто уменьшается в более щелочной среде (Rizoulis et al., 2012).

Выработка тепла в фотоэлектрических модулях

Фотоэлектрический модуль, подвергающийся воздействию солнечного света, вырабатывает не только электричество, но и тепло. Для типичного коммерческого фотоэлектрического модуля, работающего на максимальной мощности, только от 15 до 20% падающего солнечного света преобразуется в электричество, а большая часть остального преобразуется в тепло. Факторы, влияющие на нагрев модуля:

1. отражение от верхней поверхности модуля;
2. электрическая рабочая точка модуля;
3. поглощение солнечного света фотоэлектрическим модулем в регионах, не покрытых солнечными элементами;
4. поглощение низкоэнергетического (инфракрасного) света в модулях или солнечных элементах; и
5. плотность упаковки солнечных элементов.

Отражение передней поверхности

Свет, отраженный от передней поверхности модуля, не влияет на выработку электроэнергии. Такой свет считается механизмом электрических потерь, который необходимо минимизировать. Отраженный свет также не способствует нагреву фотоэлектрического модуля. Таким образом, максимальное повышение температуры модуля рассчитывается как падающая мощность, умноженная на отражение. Для типичных фотоэлектрических модулей со стеклянной верхней поверхностью отраженный свет содержит около 4% падающей энергии.

Рабочая точка и эффективность модуля

Рабочая точка и эффективность солнечного элемента определяют долю света, поглощаемого солнечным элементом, который преобразуется в электричество. Если солнечный элемент работает при токе короткого замыкания или при напряжении холостого хода, он не вырабатывает электричество и, следовательно, вся энергия, потребляемая солнечным элементом, преобразуется в тепло.

Поглощение света фотоэлектрическим модулем

Количество света, поглощаемого частями модуля, отличными от солнечных элементов, также будет способствовать нагреву модуля.Сколько света поглощается и сколько отражается, определяется цветом и материалом заднего защитного слоя модуля.

Поглощение инфракрасного света

Свет, энергия которого ниже энергии запрещенной зоны солнечных элементов, не может вносить вклад в электрическую мощность, но если он поглощается солнечными элементами или модулем, этот свет будет способствовать нагреву. Алюминий в задней части солнечного элемента имеет тенденцию поглощать этот инфракрасный свет. В солнечных элементах, которые не имеют полного алюминиевого покрытия на задней части солнечного элемента, инфракрасное излучение может проходить через солнечный элемент и выходить из модуля.

Фактор упаковки солнечных элементов

Солнечные элементы специально разработаны как эффективные поглотители солнечного излучения. Ячейки будут выделять значительное количество тепла, обычно выше, чем оболочка модуля и задний защитный слой. Следовательно, более высокий коэффициент упаковки солнечных элементов увеличивает выделяемое тепло на единицу площади.

7 теплогенерирующих устройств, которые нужны каждому выжившему

Источник изображения: thebushcraftstore.co.uk

Любой выживальщик или кустарник знает, что кризис не дождется солнечной погоды.

Будь то холодная весенняя ночь или холодный зимний день, окружающая среда сама по себе становится опасностью, которую вам придется уменьшить.

Выживание в значительной степени зависит от одной простой цели: поддерживать внутреннюю температуру в пределах диапазона, необходимого для поддержания жизни человека. В то время как болезнь заставляет вашу внутреннюю температуру подниматься выше здоровой, переохлаждение делает прямо противоположное (и смерть, конечно, понижает ее до той же температуры, что и все остальное в момент прохождения).

Вот почему из этих семи предметов первой необходимости для вашего набора для выживания я выбрал многоцелевое снаряжение, вырабатывающее тепло: оно согреет вас И выполнит дополнительную функцию.

1. Одеяло для зимнего выживания

Не позволяйте названию ввести вас в заблуждение. Конечно, этот удивительный предмет отлично подходит зимой, но он также хорошо работает весенней или осенней ночью, когда температура колеблется около 32 или даже 0. Что это? Это компактное одеяло, которое при подключении к другому отличному устройству для выживания, Pocket Power Plus, будет согревать вас в течение нескольких часов.Используйте одеяло для зимнего выживания, когда находитесь в дикой природе, когда застряли на обочине дороги, даже когда сидите в стойке с оленями. Если обычное одеяло не согреет, то оно точно согреет.

Зимнее одеяло для выживания: компактное аварийное тепло – по запросу!

Самая большая его часть: это гораздо больше, чем просто одеяло. Вы можете обернуть им грудь и надеть куртку или пальто, и вы будете долго греться на ходу. Кроме того, Pocket Power Plus можно использовать для зарядки телефона или ноутбука – или даже для запуска автомобиля.

2. Грелка для рук Zippo

Что касается тепловыделения этого предмета, то довольно очевидно, почему эти маленькие металлические источники тепла Zippo попали в этот список. Но с другой стороны, одна из причин, по которой я считаю, что это отличный многоцелевой предмет, заключается в том, что они позволят вам носить с собой два интересных варианта:

• Во-первых, вы можете использовать грелку для рук Zippo в качестве специального контейнер для дополнительной жидкости для зажигалок Zippo.
• Во-вторых, поскольку устройство надежно удерживает в своем контейнере очень маленький тлеющий уголь, вы даже сможете использовать этот тлеющий уголь, чтобы разжечь огонь из (хорошо продуманной) связки трута.

С грелкой для рук Zippo вы генерируете тепло, сохраняете дополнительное топливо и теперь можете безопасно путешествовать с тлеющим углем в одном металлическом корпусе.

3. MREs

Ни один солдат не чужд MRE (готовая к употреблению еда). Несмотря на то, что они могут быть довольно громоздкими в упаковке, они почти бесполезны в зимнее время, потому что обычно один MRE стоит одного переедания… или двух-трех хорошо нормированных блюд. Также так получилось, что полный MRE будет содержать свой собственный химически реактивный нагреватель без пламени.Просто взломайте их, и они быстро приступят к работе.

История продолжается ниже видео

Таким образом, вы не только получаете дополнительные упакованные калории с MRE, но также экономите калории за счет их добавленного тепла в вашем спальном мешке.

4. Морские сигнальные ракеты

При использовании этого варианта снаряжения время решает все. Морская сигнальная ракета рассчитана на работу около 15 минут, она горит очень горячо, и если вы используете ее для спасательных плотов, вы даже не сможете приходится иметь дело с жесткими, горящими остатками.Выпейте один из этих дымов в нужное время, и вы можете согреть руки, ожидая, пока вертолет совершит еще один пролет.

Морская сигнальная ракета рассчитана на работу около 15 минут, горит очень горячо, и если вы воспользуетесь такой, предназначенной для спасательных плотов, вам даже не придется иметь дело с жесткими, горящими остатками. Выпейте один из этих дымов в нужное время, и вы можете согреть руки, ожидая, пока вертолет совершит еще один пролет.

5. Линза Френеля

По сути, линзы Френеля – это не что иное, как плоские упаковочные лупы.Хотя они полезны для наблюдения за мелкими предметами вблизи, возможно, лучшая особенность этих предметов для ситуаций выживания – это то, что они могут разжечь огонь в солнечный день, не тратя никаких калорий. Пока трут на месте, вам просто нужно сфокусировать солнечный луч и удерживать.

6. Триоксановые топливные батончики

Если вы ищете дешевый способ разжечь огонь – и тот, который до неприличия эффективен, то триоксановые топливные батончики – отличный способ.Фактически, если вы просто пытаетесь вскипятить воду, вам даже не нужно устанавливать огонь. По этой причине триоксановые топливные стержни – одно из моих самых любимых излишков военного снаряжения.

7. Ватные шарики с вазелином в бутылочке по рецепту

Этот набор для выживания, вероятно, тот, который у вас уже есть в туалете ванной; вам просто нужно собрать детали и спрятать их. Просто возьмите 10-12 ватных шариков, окуните их в банку с вазелином, поместите их в небольшой контейнер для таблеток, отпускаемых по рецепту … и теперь у вас есть упаковка трехминутного пламени, вытянутого из угля, когда она находится под искрами от ферроцериевого стержня.Два-три удара, и у вас будет рекламная пауза, чтобы зажечь эту растопку.

А когда закончите, нанесите вазелин на пальцы, чтобы заживить и защитить потрескавшиеся губы.

Что бы вы добавили в список? Поделитесь своими мыслями в разделе ниже:

Если сеть не работает и у вас нет патронов, что бы вы сделали? Подробнее здесь.

Что такое тепловыделение – определение

Температурный профиль – ядерное топливо

См. Также: Температура поверхности оболочки

В большинстве реакторов PWR используется урановое топливо , которое представляет собой диоксид урана .Диоксид урана – это черный полупроводник с очень низкой теплопроводностью. С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение. UO ₂ прессуют в цилиндрические гранулы , затем эти гранулы спекают в твердое тело.

Эти цилиндрические таблетки затем загружаются и заключаются в топливный стержень (или топливный стержень), который изготовлен из циркониевых сплавов из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали).Поверхность трубки, закрывающей таблетки, называется оболочкой твэла .

См. Также: Теплопроводность диоксида урана

Тепловое и механическое поведение топливных таблеток Топливные стержни и составляют одну из трех основных дисциплин проектирования активной зоны. Ядерное топливо эксплуатируется в очень неблагоприятных условиях (тепловых, радиационных, механических) и должно выдерживать условия эксплуатации, превышающие нормальные. Например, температура в центре топливных таблеток достигает более 1000 ° C (1832 ° F), что сопровождается выделением газа деления.Поэтому подробные сведения о распределении температуры в отдельном топливном стержне необходимы для безопасной эксплуатации ядерного топлива. В этом разделе мы изучим уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах , используя граничное условие Дирихле с заданной температурой поверхности (то есть используя граничное условие Дирихле). Подробный анализ температурного профиля твэлов будет рассмотрен в отдельном разделе.

Рассмотрим топливную таблетку радиусом r _U = 0.40 см , в котором происходит равномерное и постоянное тепловыделение на единицу объема, q _V [Вт / м ³ ] . Вместо объемного теплового потока q _V [Вт / м ³ ] инженеры часто используют линейный тепловой расход q _L [Вт / м] , который представляет собой тепловой расход одного метра топливного стержня. Линейный расход тепла можно рассчитать из объемного расхода тепла по формуле:

Центральная линия берется за начало координат r.Благодаря симметрии в z-направлении и азимутальном направлении, мы можем разделить переменные и упростить эту задачу до одномерной задачи . Таким образом, мы будем определять температуру как функцию радиуса только T (r) . Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма цилиндрического уравнения теплопроводности :

Общее решение этого уравнения:

, где C ₁ и C ₂ являются константами интеграция.

Рассчитайте распределение температуры T (r) в этой топливной таблетке, если:

• температура на поверхности топливной таблетки составляет T _U = 420 ° C
• радиус топливной таблетки r _U = 4 мм .
• усредненная проводимость материала составляет k = 2,8 Вт / м · K (соответствует диоксиду урана при 1000 ° C)
• линейная тепловая мощность составляет q _L = 300 Вт / см и, следовательно, объемная тепловая мощность равна q _В = 597 x 10 ⁶ Вт / м ³

В этом случае поверхность поддерживается при заданных температурах T _U .Это соответствует граничному условию Дирихле. Более того, эта задача является термосимметричной, и поэтому мы можем использовать также граничное условие термосимметрии. Константы могут быть оценены с использованием подстановки в общее решение и имеют вид:

Результирующее распределение температуры и температура (максимальная) по средней линии (r = 0) в этой цилиндрической топливной таблетке при этих конкретных граничных условиях будут:

Радиальный тепловой поток на любом радиусе q _r [Вт.m ^-1 ] в цилиндре, конечно, можно определить с помощью распределения температуры и закона Фурье. Обратите внимание, что с тепловыделением тепловой поток больше не зависит от r.

На следующем рисунке показано распределение температуры в топливной таблетке при различных уровнях мощности.

______

Температура в рабочем реакторе варьируется от точки к точке внутри системы. Как следствие, всегда есть один топливный стержень и один локальный объем , которые на горячее на , чем все остальные.Чтобы ограничить эти горячих точек , должны быть введены пределы пиковой мощности . Пределы пиковой мощности связаны с кризисом кипения и условиями, которые могут вызвать плавление топливных таблеток. Однако из металлургических соображений устанавливается верхний предел температуры оболочки твэла и топливной таблетки. Выше этих температур существует опасность повреждения топлива. Одной из основных задач при проектировании ядерных реакторов является обеспечение отвода тепла, производимого на желаемом уровне мощности, при обеспечении того, чтобы максимальная температура топлива и максимальная температура оболочки всегда были ниже этих заданных значений.

Новый комплекс «золотой стандарт» для производства электроэнергии из тепла

Термоэлектрические генераторы, вырабатывающие электроэнергию из отработанного тепла, были бы полезным инструментом для сокращения выбросов парниковых газов, если бы не было самой неприятной проблемы: необходимости подключать электрические контакты к их горячей стороне, которая часто бывает слишком горячей для материалы, которые могут генерировать ток.

Из-за тепла устройства со временем выходят из строя.

Устройства, известные как поперечные термоэлектрики, позволяют избежать этой проблемы, вырабатывая ток, идущий перпендикулярно проводящему устройству, требуя контактов только на холодном конце генератора.Несмотря на то, что они считаются многообещающей технологией, материалы, которые, как известно, создают такое поперечное напряжение, практически неэффективны – по крайней мере, так думали ученые.

Ученые из Университета штата Огайо показывают в новом исследовании, что единый материал, слоистый кристалл, состоящий из элементов рения и кремния, оказывается золотым стандартом для поперечных термоэлектрических устройств.

Ученые продемонстрировали, что это единственное соединение функционирует как высокоэффективный термоэлектрический генератор из-за редкого свойства: одновременно несут как положительные, так и отрицательные заряды, которые могут двигаться независимо, а не идти параллельно друг другу, что заставляет их двигаться зигзагообразно. к контактам для генерации электрического тока.

Построив термоэлектрический генератор с кристаллом длиной около двух дюймов, исследователи также определили, что, когда кристалл расположен в устройстве под определенным углом, он может производить впечатляющее количество энергии.

«Мы показали, что эти материалы столь же эффективны, как и традиционные технологии термоэлектрических генераторов, но преодолевают их основные недостатки», – сказал соавтор исследования Джошуа Голдбергер, профессор химии и биохимии в штате Огайо.

«Это первый раз, когда было доказано, что такое устройство возможно.Обладая эффективностью, которая на порядки выше, чем у любого предыдущего поперечного устройства, этот состав так же хорош, как и то, что вы можете купить в коммерческих целях, но обещает быть намного проще и надежнее ».

Исследование опубликовано в Интернете в журнале Energy & Environmental Science .

Хотя 97% энергии вырабатывается за счет тепла, мы выбрасываем большую часть тепла, позволяя ему улетучиваться из дымовых труб, выхлопных труб автомобилей и т.п.

«Отработанное тепло действительно важно.Всегда было стремление повысить эффективность всех двигателей, которые вырабатывают энергию из тепла – объем работы, который вы можете получить от них, который вы можете использовать », – сказал соавтор исследования Джозеф Хереманс, профессор механики и аэрокосмической промышленности. инженера и выдающийся ученый в области нанотехнологий штата Огайо.

«В течение долгого времени мы мечтали найти маленькие двигатели, у которых не было бы движущихся частей, способных принимать тепло и вырабатывать электричество».

А теперь у них есть.

Большинство материалов проводят заряд только одного типа, что приводит к тому, что большинство термоэлектрических устройств состоит из нескольких соединений, однако сложность установления контактов с ними затрудняет усилия по созданию эффективного и действенного термоэлектрического генератора, который легко построить и может выдерживать высокие нагрузки. температуры.

Два года назад эта исследовательская группа обнаружила неожиданные свойства в другом соединении, которое позволяло электронам и дыркам, источникам отрицательных и положительных зарядов, соответственно, которые генерируют электрический ток, перемещаться по тому, что может напоминать шоссе с севера на юг. за одну плату и шоссе восток-запад за другую.

После этого открытия исследователи просмотрели существующие исследования других кристаллов, которые, как было установлено другими учеными, делают то же самое.

«Мы заинтересовались этим, потому что сначала мы не осознавали, что это может существовать. Когда мы выяснили, что он может существовать, мы очень постарались найти эти материалы », – сказал Голдбергер. На сегодняшний день они экспериментально подтвердили 15 материалов с этими свойствами – из более чем 110 000 кристаллических структур, обнаруженных и занесенных в международную базу данных.

«Некоторые из них были обнаружены, но ни одна из них не использовалась для повышения функциональности. Мы обнаружили, что мы действительно можем что-то с этим сделать », – сказал Вольфганг Виндл, профессор материаловедения и инженерии в штате Огайо и соавтор исследования.

«Все, что нам нужно сделать, это подвести провода к одному концу и сориентировать кристалл определенным образом, и внезапно у нас есть генератор энергии без движущихся частей. И вы согреваете его с помощью любого отходящего тепла, которое есть в вашем доме, машине или ракете, и это будет генерировать электроэнергию без выбросов самостоятельно и практически бесконечно. Для меня это немного похоже на черную магию.

Теоретически генератор, сделанный из этого соединения, можно было бы использовать в любом месте, где генерируется тепло – размер кристалла может варьироваться, и в этом исследовании он был продиктован размером печи, в которой он выращивался.

Хереманс сказал, что генератор может производить достаточно электроэнергии из выхлопных газов автомобиля, чтобы двигать автомобиль вперед, но он поддерживает идею использования этой технологии в меньшем масштабе: «В небольших приложениях сложные решения не приветствуются, потому что они слишком дорого », – сказал он. «Вот где такое простое решение, вероятно, лучше всего».

Эта работа была поддержана Управлением научных исследований ВВС США, Министерством энергетики США и Национальным научным фондом Emerging Frontiers in Research and Innovation.Рост кристаллов поддерживался платформой Национального научного фонда для ускоренной реализации, анализа и открытия интерфейсных материалов (PARADIM).

Соавторы: Майкл Скаддер, Бин Хе (сейчас в Институте Макса Планка) и Яксиан Ван (сейчас в Гарвардском университете) из штата Огайо, а также Акаш Рай и Дэвид Кэхилл из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.

Новый теплогенерирующий элемент на основе наноразмерных порошковых энергетических материалов Al – Ni – Fe3O4 для автономных термоэлектрических генераторов