NatComm: Органический термоэлектрик собирает энергию при комнатной температуре

Исследователи создали новое органическое термоэлектрическое устройство, которое может получать энергию из температуры окружающей среды. У термоэлектрических устройств много применений, но есть препятствия для их повсеместного использования.

Команда исследователей объединила уникальные свойства органических материалов и создала основу для получения термоэлектрической энергии при комнатной температуре без перепада температур.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Термоэлектрические генераторы преобразуют тепло в электричество, если одна сторона устройства горячая, а другая — холодная. Поэтому они могут собирать отработанное тепло от других методов получения энергии, что делает их полезными для исследователей и разработчиков.

Термоэлектрические генераторы широко известны благодаря использованию в космических зондах, таких как марсоход Curiosity и зонд Voyager. Они работают на радиоизотопных термоэлектрических генераторах: тепло от радиоактивных изотопов создаёт разницу температур для работы термоэлектрических устройств, которые питают приборы аппаратов.

Но сегодня эти устройства используются недостаточно часто из-за высокой стоимости производства, использования опасных материалов, низкой энергоэффективности и необходимости высоких температур.

Мы изучали, как создать термоэлектрическое устройство, которое будет получать энергию от тепла окружающей среды. Наша лаборатория изучает органические соединения и их применение. Многие из них могут легко передавать энергию друг другу.

Хороший пример таких возможностей — OLED и органические солнечные батареи.

Мы искали соединения, которые хорошо передают электроны. После тестирования разных материалов мы выбрали два: фталоцианин меди (CuPc) и гексадекафторфталоцианин меди (F16CuPc).

Чтобы улучшить свойства интерфейса, мы добавили фуллерены и BCP — они тоже хорошо переносят электроны. Это значительно увеличило мощность устройства. В результате получилось оптимизированное устройство со слоями CuPc в 180 нм, F16CuPc в 320 нм, фуллерена в 20 нм и BCP в 20 нм, — объясняет профессор Чихая Адачи

Новое органическое устройство работает без использования температурного градиента и имеет хорошие показатели. Напряжение разомкнутой цепи составляет 384 мВ, плотность тока короткого замыкания — 1,1 мкА/с м² , максимальная мощность — 94 нВт/с м² .

Адачи считает, что у разработки большой потенциал, и предлагает продолжить исследования с использованием различных материалов. Возможно, получится увеличить площадь устройства и добиться более высокой плотности тока.

19.09.2024