De wetenschappers hebben een geschikt materiaal ontwikkeld voor gebruik in thermo-elektrische generatoren, gebaseerd op het 'anomale Nernst-effect (ANE)', dat de efficiëntie van de spanningsopwekking aanzienlijk verhoogt. Deze apparaten kunnen comfortabel worden gedragen, zijn flexibel in vorm en formaat, en kunnen kleine gadgets van stroom voorzien, waardoor batterijen overbodig worden.
Thermo-elektrisch effect houdt de onderlinge omzetting van warmte-energie en elektriciteit in; het Seebeck-effect, wanneer warmte wordt omgezet in een elektrische potentiaal op de kruising van twee ongelijke metalen en omgekeerd wordt het Peltier-effect genoemd, dwz de omzetting van een elektrische potentiaal in het genereren van warmte.
De warmte is er in overvloed en gaat soms verloren, die kan worden geoogst om elektrische apparaten van stroom te voorzien. Er zijn in het verleden veel inspanningen geleverd om commercieel levensvatbare technologie te ontwikkelen om warmte te oogsten. Degene op basis van het Seebeck-effect kon het daglicht niet zien vanwege verschillende beperkingen.
Een minder bekend fenomeen is het anomale Nernst-effect (ANE) , waarbij een temperatuurgradiënt in een magnetisch materiaal een elektrische spanning opwekt loodrecht op de warmtestroom. Dit effect is in het verleden ook gebruikt voor het oogsten van warmte en de omzetting ervan in elektriciteit. De mogelijkheden ervan zijn echter beperkt gebleven door een gebrek aan geschikte, niet-giftige, gemakkelijk verkrijgbare en goedkope materialen.
De zoektocht naar het juiste materiaal lijkt nu voorbij! Onderzoekers hebben onlangs een legering ontwikkeld die niet-giftig, gemakkelijk verkrijgbaar, goedkoop en buigzaam genoeg is om er dunne films van te maken die aan de eisen voldoen. Door middel van dotering maakten de onderzoekers Fe3Al of FE3Ga (75% ijzer en 25% aluminium of gallium). Bij gebruik van dit materiaal werd de opgewekte spanning twintig keer zo hoog.
Dit nieuw ontwikkelde materiaal lijkt zeer veelbelovend en kan worden gebruikt voor het ontwerpen van dunne en flexibele materialen die restwarmte efficiënt kunnen omzetten in elektrische spanning, voldoende om kleine apparaten van stroom te voorzien.
De ontdekking van dit materiaal dat qua eigenschappen precies goed is, zou mogelijk kunnen zijn vanwege de beschikbaarheid van snelle, geautomatiseerde numerieke computertechnologieën, waarmee de beperkingen van de vroegere methode van materiaalontwikkeling op basis van 'herhaling' en 'verfijningen' effectief worden overwonnen .
***
Bronnen:
1. Universiteit van Tokio 2020. Persbericht. Een overvloedig element voor de stroomvoorziening van kleine apparaten. Een dunne, op ijzer gebaseerde generator gebruikt restwarmte om kleine hoeveelheden energie te leveren. Geplaatst op 28 april 2020. Online beschikbaar op https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html . Geraadpleegd op 8 mei 2020.
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. IJzergebaseerde binaire ferromagneten voor transversale thermo-elektrische conversie. Nature 581, 53–57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
***
’ that increases the voltage generating efficiency manifold. These devices can be comfortably worn in flexible shapes and sizes to power small gadgets, thus replacing batteries.){kind=link}