Электричество из теплоты
Ученые из США получили новый сплав, преобразующий слабое рассеянное тепло в электрический ток способом, который никогда прежде не проявлялся. Ток, получаемый при этом, на порядок превосходит все другие термоэлектрические процессы. Этот метод преобразования энергии может иметь радикальное влияние на получение экологически чистого электричества от источников тепла.
Ученые из университета Миннесоты разработали сплав-мультиферроик, сочетающий необычайно «эластичные» магнитные и сегнетоэлектрические свойства. Физики сумели переплести на атомарном уровне ряд химических элементов так, что получился состав, имеющий упрощенную формулу Ni45Со5Мg40Sn10. В серии опытов он проявил поистине необычные возможности.
В эксперименте сплав испытывал быстрые и обратимые фазовые превращения, в которых одно твердое тело словно сменялось другим по строению, но тоже твердым телом. В момент перехода материал претерпевал резкое изменение магнитных свойств, которое было использовано в устройстве преобразования энергии. Как утверждается в отчете об этих экспериментах, опубликованном в научном журнале Advanced Energy Materials, если поначалу намагниченность сплава составляла менее 10 единиц/см3, то после изменения фазового состояния она стала превышать 1100 единиц/см3. При этом сплав поглощал тепло, а в окружающей образец индукционной катушке из тонкой медной проволоки появлялся электрический ток, который во много раз превышал электричество, генерируемое обычной термопарой.
Собственно, такое явление, как термоэлектричество, известно уже почти два века. Термопару открыл Томас Зеебек в 1821 году. По другим сведениям, о нем знал еще в XVIII веке изобретатель Алессандро Вольта. Суть явления вот в чем: если сварить два провода из разных металлов и затем нагреть точку сварки, то на концах проводов прибор зафиксирует разность потенциалов. Но эффект термопары очень слаб, его можно использовать только для измерения уровня нагрева объекта, но никак не для получения значимого количества электроэнергии. За последние десятилетия ученые обнаружили еще ряд процессов, в которых теплота порождает электрический ток. В Украине (в Черновцах) существует даже Институт термоэлектричества. Однако до сих пор проблема промышленного получения электроэнергии непосредственно из теплоты, без использования промежуточных методов, решена не была. Стандартные термопары с самым высоким коэффициентом Зеебека дают напряжение всего лишь 2,3 мВ. А в устройствах с использованием нового сплава ученые прогнозируют получение 502 мВ. Соединяя несколько устройств в батареи, можно на выходе получить вполне промышленное количество электрического тока.
«Это исследование очень перспективно, поскольку представляет совершенно новый метод для преобразования энергии, — говорит профессор университета авиационно-космической техники и механики в Миннесоте Ричард Джеймс, возглавлявший исследовательскую группу. — Оно предлагает новый путь к освоению огромного количества энергии, накопленной на Земле в виде небольшой разницы температур».
Сейчас команда ученых из Миннесоты вместе с химиками создает из сплава тонкие пленки, которые можно использовать, например, для превращения тепла, выделяемого при работе компьютеров, прямо в электричество. Материал также может быть использован для утилизации тепла выхлопных газов автомобиля. И, конечно, куда более грандиозные перспективы — это преобразование в электричество тепла от сотен тысяч всевозможных энергетических установок.
