ایلسا راس -27 ژانویه 2022 – ایالت پن، فقط برای استفاده غیرتجاری
سیستم‌هایی که انرژی زندگی ما را تامین می‌کنند، گرمای هدر رفته را نیز تولید می‌کنند – مانند گرمایی که از لوله‌های آب گرم در ساختمان‌ها و لوله‌های اگزوز روی وسایل نقلیه ساطع می‌شود. به گفته دانشمندان در ایالت پن و آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر، یک ژنراتور ترموالکتریک انعطاف پذیر جدید می تواند دور لوله ها و سایر سطوح داغ بپیچد و گرمای هدر رفته را به طور موثرتر از آنچه قبلا ممکن بود به برق تبدیل کند.
شاشانک پریا، معاون پژوهشی و استاد علوم و مهندسی مواد در ایالت پن، گفت: «مقدار زیادی از گرمای انرژی که ما مصرف می‌کنیم، اساساً بهدر می رود و اغلب مستقیماً در جو پراکنده می‌شود. ما راه‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای با اشکال مشابه برای به دام انداختن و تبدیل آن گرما به انرژی قابل استفاده نداشته‌ایم. این تحقیق در ی را بروی این موضوع باز می کند.»
محققان ایالت پن در حال کار بر روی بهبود عملکرد ژنراتورهای ترموالکتریک -دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند تفاوت دما را به الکتریسیته تبدیل کنند. به گفته دانشمندان، هنگامی که دستگاه ها در نزدیکی منبع گرما قرار می گیرند، الکترون هایی که از سمت گرم به سمت سرد حرکت می کنند، جریان الکتریکی تولید می کنند.
در کار قبلی، این تیم دستگاه‌هایی را ایجاد کردند که کارآمدتر از واحدهای تجاری در کاربردهای با دمای بالا بودند. به گفته دانشمندان، اکنون این تیم فرآیند تولید جدیدی را برای تولید دستگاه‌های انعطاف‌پذیری ایجاد کرده است که توان خروجی و کارایی بالاتری را ارائه می‌دهند.
Wenjie Li، استادیار پژوهشی در ایالت پن، گفت: «این نتایج مسیر امیدوارکننده‌ای را برای استفاده گسترده از فناوری ترموالکتریک در کاربرد بازیافت گرمای هدر رفته ارائه می‌کند. این می تواند تأثیر قابل توجهی بر توسعه ژنراتورهای عملی حرارتی تا الکتریکی داشته باشد.
به گفته دانشمندان، دستگاه‌های انعطاف‌پذیر بهتر با جذاب‌ترین منابع گرمای هدر رفته مانند لوله‌ها در ساختمان‌های صنعتی و مسکونی و وسایل نقلیه سازگاری دارند. و نیازی نیست که روی سطوحی مانند دستگاه های سفت و سخت سنتی چسبانده شوند، که باعث کاهش بیشتر کارایی می شود.
دانشمندان در Applied Materials & Interfaces گزارش دادند که در آزمایش‌هایی که روی دودکش گاز انجام شد، دستگاه جدید 150 درصد چگالی توان بالاتری نسبت به سایر واحدهای پیشرفته نشان داد. یک نسخه کوچک شده، کمی بیش از 3 اینچ مربع، مزیت تراکم توان 115٪ را حفظ کرد. به گفته دانشمندان، این نسخه زمانی که روی سطح داغ قرار می گرفت، مجموع توان خروجی 56.6 وات را نشان می داد.
پریا گفت: «به یک نیروگاه صنعتی با لوله هایی به طول صدها فوت فکر کنید. اگر بتوانید این دستگاه‌ها را در اطراف ناحیه‌ای به این بزرگی بپیچید، می‌توانید کیلووات انرژی از گرمای هدر رفته تولید کنید می توانید گرمای را به چیزی مفید تبدیل کنید.
دستگاه های ترموالکتریک از زوج های کوچکی تشکیل شده اند که هر کدام شبیه یک میز با دو پایه هستند. بسیاری از این زوج‌های دو پا به هم متصل می‌شوند و معمولاً یک دستگاه صاف و مربعی را تشکیل می‌دهند.
در ساخت دستگاه جدید، دانشمندان شش زوج را در امتداد یک نوار نازک قرار دادند. آنها سپس از فویل فلزی انعطاف پذیر برای اتصال 12 نوار به یکدیگر استفاده کردند و دستگاهی با 72 زوج ایجاد کردند. به گفته این دانشمند، از فلز مایع بین لایه‌های هر نوار برای بهبود عملکرد دستگاه استفاده شد.
Bed Poudel، استادیار پژوهشی در Penn State می‌گوید: «هنگامی که این دستگاه‌ها را افزایش می‌دهید، اغلب چگالی توان خود را از دست می‌دهید، که ساخت ژنراتورهای ترموالکتریک در مقیاس بزرگ را به چالش می‌کشد. “این عملکرد فوق العاده دستگاه 72 زوج ما را نشان می دهد.”
به گفته دانشمندان، دستگاه 72 زوجی بالاترین توان خروجی و چگالی توان دستگاه را از یک ژنراتور ترموالکتریک منفرد نشان داد.
شکاف های بین نوارها انعطاف پذیری را برای قرار گرفتن در اطراف اشکال مانند لوله ها فراهم می کند. به گفته دانشمندان، این شکاف ها همچنین امکان انعطاف پذیری در تغییر ضریب پر شدن یا نسبت بین مساحت مواد ترموالکتریک و مساحت دستگاه را فراهم می کند که می تواند برای بهینه سازی دستگاه های ترموالکتریک برای منابع مختلف گرما استفاده شود.
