Недорогой износостойкий материал, способный эффективно преобразовывать тепловую энергию в электрическую, создали исследователи из Японии. Подробности о новой технологии появились на страницах издания Advanced Materials Technologies.

 

Термоэлектрические генераторы — перспективная технология получения электричества из относительно низкотемпературной (до 150°С) тепловой энергии.

flexteg, электричество из тепла, генерация электричества
Фото и схематическое изображение модуля FlexTEG, фото полупроводниковых кристаллов на основе висмут-теллурида (Bi-Te), а также напряжение и мощность в зависимости от тока для модуля FlexTEG при различных температурных градиентах
Фото: resou.osaka-u.ac.jp

Наработки в этой области существуют довольно давно, но их широкому распространению мешало отсутствие доступных технологических решений — например, упаковки для термоэлектрических генераторов, способной работать при температурах около 100-150°С.

 

Но теперь, когда сотрудникам Университета Осаки удалось создать доступный способ производства модулей для генерации электричества из тепла, все может измениться.

 

"Мы разместили небольшие термоэлектрические полупроводниковые чипы на гибкой основе и обеспечили надежное электрическое соединение. Наше изобретение характеризуется высокой надежностью и эффективностью, поэтому у него весьма радужные перспективы", — говорят создатели технологии FlexTEG.

 

Для крепления небольших микросхем использовали уникальную изотропную конструкцию, что позволило разместить на участке 50×50 мм 250 p-n пар.

 

Модуль имеет максимальную плотность выходной мощности 158 мВт/см2 при dТ = 105 К, что соответствует значению эффективности 1,84%. Параллельное выравнивание электродов уменьшает механическую нагрузку на отдельные термоэлектрические полупроводниковые микросхемы, а хорошая адгезия между поверхностью и контактами обеспечивает стабильное функционирование при сгибании.

 

Ключевой особенностью технологии FlexTEG является способ соединения электродов, позволяющий сгибать термоэлектрические модули в любом направлении. Гибкие генераторы, таким образом, получаются чрезвычайно надежными механически.

 

Создав плотный массив термоэлектрических полупроводниковых чипов на гибкой подложке, исследователи получили надежное и стабильное склеивание контактов и основы, обеспечив эффективное преобразование отходящего тепла. В обычных, жестких модулях, дуговые электроды по краям располагались перпендикулярно друг другу, ограничивая изгиб изделия. В FlexTEG эти элементы встроены параллельно, обеспечивая гибкость во всех направлениях. Уменьшившаяся в результате механическая нагрузка на чипы привела к повышению надежности.

 

«Способ изготовления FlexTEG позволяет уменьшить стоимость и расширить масштабы производства», — сказал ведущий автор работы, Тору Сугахара.

 

Статья в Advanced Materials Technologies утверждает, что в ближайшем будущем может возникнуть сверхумное общество (Society 5.0), чье существование основано на различных технологиях Интернета вещей. Термоэлектрические генераторы, эффективно преобразующее отходящее тепло в ток, помогут сохранить энергии и снизить негативное воздействие таких технологий на окружающую среду.

 

Известно, что ранее производство модулей, генерирующих энергию при комнатной температуре, было настолько дорогим, что их применение было ограниченно несколькими сферами, вроде космических проектов.