Термоэлектрический генератор, сконструированный японскими инженерами, вырабатывает электрический ток из перепада температур. Абсорбируя тепло от солнца с одной стороны и выделяя его с другой, устройство может служить источником энергии круглые сутки. Конструкция состоит из четырех слоев, каждый из которых выполняет важную функцию. Верхние прозрачные, они остаются прохладными, тогда как нижние нагреваются. Из взаимодействия двух центральных слоев возникает электрический ток.
Согласно законам физики тепло движется от горячего объекта к более холодному. На этом принципе основаны термоэлектрические устройства, в которых электрический ток создается вследствие перемещения электронов от более теплой поверхности к более холодной. В теории, такие термоэлектрические материалы и генераторы можно применять повсюду, от выхлопных труб до одежды и посуды.
В новом исследовании специалисты Национального института материаловедения разработали солнечный термоэлектрический генератор, основанный на разновидности этого принципа — спиновом эффекте Зеебека. В данном случае ток возникает в результате движения электронов, вызванного магнитными материалами в каждом электроде, пишет New Atlas.
Основной фактор, ограничивающий пользу термоэлектрических генераторов, состоит в том, что холодная сторона не успевает избавляться от тепла достаточно быстро, так что температура выравнивается. Новое устройство лишено этого недостатка, поскольку выпускает все тепло наружу благодаря самому верхнему слою, парамагнетику из гадолиний-галлиевого граната. Этот кристалл выделяет в атмосферу инфракрасное излучение.
Второй слой — ферромагнетик из иттрий-железного граната, который вырабатывает спиновый ток из разницы температур. Третий — парамагнетик из платины, который конвертирует спиновый ток в полезное напряжение. Последний покрыт абсолютно черной краской для поглощения солнечного света и удержания тепла.
По словам инженеров, такая конструкция позволяет генерировать электричество круглые сутки. Лучше всего устройство работает при ясной погоде, поскольку облака затрудняют выход инфракрасного излучения. При этом они подчеркивают, что в нынешней версии производительность довольно низкая, но планируют повысить ее, поработав с материалами и конструкцией.
Доказав верность своей теории, ученые из США разработали в прошлом году генератор безграничной энергии, который считался невозможным. Их идея состоит в том, что графен — материал из одного слоя атомов углерода — можно использовать для сбора энергии. Дело в том, что постоянное тепловое движение в графене заставляет его пульсировать и изгибаться.
Читайте по теме. Солнечная термальная батарея сможет вырабатывать энергию по ночам
