Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») в составе международной группы исследователей представили экономичную новую электрохимическую ячейку, изготовленную из углеродного волокна, сообщает пресс-служба вуза.

Модули на основе таких элементов позволяют преобразовывать отходящее тепло в электричество и заряжать гаджеты прямо под рукой, а автомобильные аккумуляторы можно заряжать теплом выхлопных газов. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале «Устойчивость».

Создание технологии преобразования отработанного тепла в электричество (термоэлектричество) - одно из ведущих направлений исследований альтернативной энергетики. Многие ученые считают термоэлектрохимические ячейки (термоэлементы) наиболее перспективной технологией, поскольку они позволяют получать энергию из источников с температурой не выше 100 ° C.

Работа тепловых ячеек основана на так называемом эффекте Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, электродвижущая сила (ЭДС) возникает, если точки контакта имеют разные температуры. Серьезным недостатком существующих тепловых ячеек является их малая выходная мощность. Это существенно ограничивает сферу их применения.

Команда ученых кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина, Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова и Университета Нигерии представила новое исследование по увеличению мощность и эффективность термоэлектрохимических ячеек, способных преобразовывать тепловую энергию в электрический ток.

Разработчики решили проблему перехода от активно изучаемых электродов на основе углеродных нанотрубок к углеродным тканям - более дешевому и доступному материалу. Один грамм нанотрубок стоит около 100 рублей, а грамм углеродного волокна - 7,5 рублей.

«Наша работа посвящена повышению эффективности термоэлектрохимических ячеек на основе электродов из углеродного волокна и окислительно-восстановительного электролита на основе ферроцианида калия. Мы изучили, как модификация поверхности электрода из углеродного волокна влияет на выходную мощность и параметры термоэлектрохимических ячеек. «Игорь Бурмистров, ведущий специалист отдела функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ« МИСиС »и один из авторов работы.

Ученые исследовали два типа конструкций ячеек: обычную электрохимическую ячейку с солевым мостиком и корпус типа «таблетка». В результате экспериментов они обнаружили, что модификация поверхности электрода с использованием титана и оксида титана может снизить внутреннее сопротивление ячейки на три порядка.

Следовательно, максимальная мощность углеродного волокна, модифицированного металлическим титаном и оксидом титана, увеличилась до 25,2 мВт / м2, что обеспечивает эффективность 1,37%. Лучший глобальный результат для термоэлементов составляет около 3%, но важно отметить, что для его производства использовались дорогие массивы углеродных нанотрубок, называемых «нано-леса», и игольчатые наночастицы платины.

Сегодня группа исследователей работает над увеличением мощности полученных термоэлектрических модулей и планирует приступить к созданию экспериментальных прототипов устройств на их основе.