Используя комбинацию пластиковых полупроводников и углеродных нанотрубок, ученым удалось создать термоэлектрический материал с высоким КПД. Он способен вырабатывать энергию практически от любого источника тепла.
Устройство и принцип функционирования материала Power Felt
В основе материала лежит широко известное устройство – термоэлектрический генератор Пелетье.
Однако его конструкция подверглась существенной модернизации, в первую очередь за счет использования инновационных углеродных нанотрубок. Конструктивно материал представляет собой переплетение нанотрубок и волокон полупроводникового материала, изготовленного на основе теллуристого висмута и полимеров.
Внешне материал Power Felt напоминает толстую и жесткую ткань, аналогичную войлоку. Он обладает сравнительно малым весом и большой гибкостью. Выработка электричества происходит за счет разницы температур между поверхностями материала – чем она выше, тем больший заряд накапливается на электродах, однако у этой величины есть предел. Нагрев поверхности происходит при контакте с любым объектом, обладающим более высокой температурой.
Увы, КПД материала весьма невелико – один слой нанотрубок и полупроводников вырабатывает примерно 2 наноВт энергии. Использование слишком большого количество слоев затрудняет равномерный нагрев материала, поэтому наиболее рациональным является использование 70-80 слоев в одной пластине.
Преимущества и недостатки материала
Power Felt может вырабатывать электроэнергию даже при минимальной разнице температур – например, между человеческим телом и окружающей средой. Вполне реально в течение нескольких часов постоянного контакта с телом накопить заряд, достаточный для пополнения аккумуляторов маломощного мобильного гаджета. Это открывает широчайшие перспективы, так как слабонагретых предметов в окружающем мире очень много.
Существенным недостатком материала является его высокая стоимость, обусловленная сложностью изготовления и дороговизной исходного сырья. В частности, необходимо найти замену теллуристому висмуту, так как его стоимость превышает $1000 за 1 кг, к тому же, это токсичное вещество. Однако на сегодняшний день не существует более эффективных термоэлектрических материалов, что и тормозит развитие данного направления технологий.