De meeste processen die mensen gebruiken, hebben als bijproduct warmte. Denk bijvoorbeeld aan schoorstenen op fabrieken, machines of de uitlaat van een auto. Het zou een enorme energiewinst zijn als dit op een goedkope, efficiënte en duurzame manier opgevangen kan worden en vervolgens ook wordt omgezet in elektriciteit. Dit is waar nieuwe thermo-elektrische materialen hun rol kunnen vervullen, dankzij een doorbraak in een onderzoek van de University of Michigan.
Een nieuwe klasse materialen
De onderzoekers hebben de doorbraak op het gebied van een nieuwe klasse, relatief goedkope, thermo-elektrische materialen bekendgemaakt. De materialen zouden vergelijkbare eigenschappen hebben als het alom bekende keukenfolie. Wanneer deze materialen om hete objecten worden gewikkeld, kan opgewekte warmte worden omgezet in elektriciteit. Ook zouden ze gebruikt kunnen worden om een koelend effect te geven, zonder gebruik te maken van chemische koelmiddelen.
Hoewel de nieuwe materialen nog niet zo efficiënt zijn als de huidige generatie, kunnen de lagere kosten en flexibiliteit van deze materialen voor een versnelde doorbraak zorgen.
“Conventionele materialen bestaan uit bismuth, telluride en selenium. Dit zijn schaarse, dure, giftige stoffen en gaan bovendien niet lang mee”, zegt Nicole Casale Moore van de University of Michigan. Nieuwe thermo-elektrische materialen maken gebruik van organische halfgeleiders, die tot nu toe op de achtergrond waren gebleven door hun lage efficiëntie. Dit gaat echter veranderen.
De doorbraak
Een game-changer zou zijn wanneer de efficiëntie van deze nieuwe organische thermo-elektrische halfgeleider materialen drastisch zou toenemen. Dit is nu precies wat het team van de University of Michigan voor elkaar heeft gekregen. Het resultaat is een verbetering van 70 procent en het materiaal zou bij temperaturen iets boven de 120 graden Celsius nog efficiënt presteren.
De crux van de verbetering zat hem in de samenstelling van het polymeer en elektrolyt: de verhouding van de stoffen PEDOT tot PSS werd aangepast. Deze stoffen komen ook voor in organische LED’s en zonnepanelen. Het team kwam erachter dat een overmaat aan PSS in het materiaal een negatieve invloed had op de prestaties. Daarom ontwikkelden ze een speciale methode om overtollig PSS uit het materiaal te kunnen verwijderen.
De toekomst
Wanneer je bedenkt dat je met deze materialen bijna alles ter wereld dat warmte afgeeft kunt inpakken, geeft dat een enorm potentieel voor het terugwinnen van energie uit alledaagse processen zonder veel aanpassing en kosten.
Dit verklaart ook waarom de University of Michigan niet de enige is die op dit gebied onderzoek doet. Op Virginia Tech vindt onderzoek plaats naar nieuwe goedkope materialen, gebaseerd op skutterudites en siliciden. Ook hebben verschillende onderzoekers het Thermoelectric Brain Trust opgericht. Hier wordt onderzoek gedaan naar het moleculaire mechanisme achter ‘flipping’-gedrag: dit stelt materialen in staat om warmteoverdracht te blokkeren.
Foto: bestviewinbrooklyn via Flickr
Bron: Cleantechnica.com
