חוקרים מאוניברסיטת Northwestern הצליחו לפתח חומר חדשני שבאמצעותו ניתן להפיק חשמל מהתקנים מייצרי-חום, כגון מערכות פליטת גזים ברכבים, תהליכים ומכשירים תעשייתיים וכן אור השמש, באורח יעיל יותר מאשר היה ידוע עד כה.
בחומר החדשני טמון ערך רב והוא בעל יכולת תרמואלקטרית גבוהה המאפשרת המרה של 14 אחוזים מאובדני החום לחשמל. הממצאים, פרי מחקר משותף של כימאים, פיסיקאים ומומחי חומרים, פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Chemistry.
“ידוע מזה כמאה שנים כי במוליכים-למחצה טמונה יכולת זו של הפקת חשמל,” אומר החוקר Mercouri Kanatzidis, פרופסור לכימיה באוניברסיטת Northwestern. “על-מנת להפוך את היכולת הזו לתהליך יעיל ושימושי, כל מה שאתה צריך זה את החומר המתאים, ואנו הצלחנו לגלות מתכון/מערכת להכנתו של חומר כזה.”
החוקרים הצליחו לפתח חומר כזה באמצעות פיזור ננו-גבישים של מלח סלעי (SrTe) בתוך החומר עופרת טלוריד (PbTe). ניסיונות קודמים בתחום זה של הכללת חומרים ננו-מטריים בתוך חומר גדול יותר הצליחו להביא לשיפור ביעילות המרת האנרגיה של עופרת טלוריד, אולם שילוב זה גרם גם לפיזור אלקטרונים מוגבר שהוביל למוליכות כללית מופחתת. במחקר זה החוקרים מספקים את הדוגמא הראשונה אי-פעם של השימוש בננו-מבנים המוכללים בעופרת טלוריד על-מנת להפחית את פיזור האלקטרונים ולהגביר את יעילות המרת האנרגיה של החומר.
“אנו יכולים להכניס את החומר החדש לתוך התקן זול בעל חוטי חשמל מעטים ולחבר אותו למערכת נוספת, כגון נורת חשמל,” אמר החוקר הראשי. “התוספת שהכנסנו יכולה לשפר את יעילות פעילות הנורה באמצעות ניצול החום הנוצר בנורה והמרת חלק ממנו, 15-10%, לצורת אנרגיה שימושית יותר, כגון חשמל.”
תעשיות הרכבים, הכימיה, הבנייה והזכוכית, המשתמשות בחום על-מנת להפיק את המוצרים שלהן, תוכלנה להפוך את המערכות והציוד שלהן ליעילים יותר בזכות פריצת-דרך מדעית זו, מסביר החוקר הראשי.
“משבר האנרגיה והמודעות לסביבה הם שתי סיבות עיקריות שבגינן התגלית שלנו כה מלהיבה, אולם הממצאים שלנו יוכלו להוות רק את ההתחלה,” מציין אחד מהחוקרים. “לסוגי מבנים אלו יוכלו להיות יישומים אחרים בתחומי המדע השונים שאנחנו אפילו לא חשבנו עליהם, בתחומים כגון התנהגות מכאנית ושיפור הקשיחות והחוזק של חומרים חדשים. אנו תקווה כי אחרים יוכלו לנצל את המערכת החדשה שלנו ולהשתמש בה בתחומים מגוונים.”
