Новые термоэлектрики на основе магния позволяют трехкратно увеличить производительность при получении электрической энергии

Термоэлектрики могут обеспечивать электрической энергией космические миссии при исследовании далеких планет. Они преобразуют ее из тепла за счет разницы температур между горячей и холодной сторонами материала, не имеют подвижных частей и отличаются простотой, легкостью и высокой надежностью. И не случайно на марсоходе Mars Perseverance работает именно такая установка.

Возможен также обратный эффект, когда при прохождении тока происходит охлаждение.

Традиционно в термоэлектрических устройствах используются тяжелые элементы, такие как свинец, висмут и теллур, поскольку они плохо проводят тепло. За счет этого они могут сохранять и преобразовывать тепловую энергию в электрическую с высокой эффективностью. Но в природе такие элементы встречаются не так часто, а, соответственно, они дорогие и вдобавок недостаточно экологичны.

Как правило, более легкие материалы, такие, например, как магний, который легче и имеется в достаточном количестве, не подходит для термоэлектрических конструкций. Их теплопроводность слишком высока и невозможно поддерживать разницу температур, необходимую для создания напряжения.

Совершенствуя термоэлектрические технологии, исследователи из Университета Дьюка и Университета штата Мичиган получили новые материалы на основе магния (Mg₃Sb₂ и Mg₃Bi₂), обладающих исключительными свойствами.

Кристаллическая решетка термоэлектрического соединения Mg₃Sb₂ (атомы магния оранжевого цвета, сурьмы синего цвета). Электрический ток генерируется при прохождении тепла через материал, движимый фононными волнами. Предоставлено: ORNL / Джилл Хемман.

Исследователи установили, что замена атомов тяжелых элементов более легкими атомами магния позволила трехкратно увеличить производительность при преобразовании тепловой энергии (даже при комнатной температуре) в электрическую.

Полученные магниевые материалы - большое научное достижение в этой области. Они значительно превосходят традиционные термоэлектрические конструкции, поскольку более энергоэффективные и обладают чрезвычайно низкой термоэлектрической проводимостью при малой массовой плотности. Эти свойства позволят разрабатывать новые типы термоэлектриков для более совершенных термоэлектрических устройств, которые не зависят от тяжелых материалов и являются более экологически чистым и менее дорогими в производстве.