Generazione Personale di Energia con i Materiali Termoelettrici: Un'Intervista con Prof. Robert Dorey

Il Professor Robert Dorey, Presidenza in Nanomaterials, Cranfield University.
Autore Corrispondente: r.a.dorey@cranfield.ac.uk

Il Professor Robert Dorey piombo un gruppo di ricerca alla Cranfield University che esplora l'applicazione dei nanomaterials nei settori dell'ambiente e di energia. In questa “Ha Pensato intervista della Guida„, lui parla Per Volere Soutter circa il suo lavoro sulle tecnologie personali della generazione di energia, che avranno molte applicazioni nel settore militare come pure in unità del consumatore.

La WS: Potete descrivere prego i tipi di tecnologie che personali della generazione di energia state lavorando sopra?

RD: Ci sono molti tipi di tecnologie personali differenti della generazione di energia - piezoelectrics, pile a combustibile, Ecc. - quei principali che lavorano con al momento sono basati sui materiali termoelettrici e sui materiali assorbenti solari, che si complementano in un modo realmente utile.

Un materiale termoelettrico può generare la corrente elettrica da una differenza della temperatura ed i materiali assorbenti solari permettono noi convertiamo la luce solare in calore - permettono che il nostro bacino idrico della temperatura riscaldi efficacemente. Così quando introducete insieme i due in un'unità, potete generare efficientemente la potenza dall'effetto termoelettrico.

Il materiale termoelettrico è quello con la scienza più interessante dietro e quello che la gente non può trovare prima. Se riscaldate del materiale, eccitate i portatori di carica nella banda di conduzione - elettroni o fori. Se immaginate riscaldare un'estremità di una barra di metallo e tenere l'altro freddo di conclusione, l'estremità calda dovrebbe generare più portatori di carica che l'estremità fredda, in modo da finite con più tassa ad un'estremità del materiale che l'altra - avete una tensione. La Natura poi prova a creare una distribuzione della carica più costante. Quello significa che quei portatori di carica migreranno attraverso il materiale e poi avete una corrente.

Facendo Uso di questo approccio generale, possiamo generare la corrente elettrica appena da una differenza della temperatura. Tutti I materiali faranno questo in parte; accade appena che la vasta maggioranza dei materiali la faccia incredibilmente male, in modo da non la notiamo. Ma c'è una determinata selezione dei materiali a semiconduttore che la fanno abbastanza bene e possiamo cominciare usare quella potenza.

Se catturiamo quei materiali a semiconduttore e li modifichiamo mettendo i dopant dentro, possiamo fare i semiconduttori P tipi che generano molti fori (cariche positive) una volta riscaldati ed i semiconduttori N tipi che generano gli elettroni. Se connettiamo questi due tipi in serie e mettiamo una differenza della temperatura attraverso entrambi quei materiali, possiamo cominciare ottenere le più alte tensioni. Appena un materiale genererà gli anni 10 a 100 dei millivolt attraverso, che è appena qualche cosa. Ma appena come l'impilamento su molte batterie, se iniziate insieme il collegamento a margherita questo ai materiali N tipi e di P, potete generare le tensioni utili.

La WS: Così come la nanotecnologia contribuisce a rendere questi materiali più efficienti?

RD: Ci sono due modi diversi di conduzione dell'energia attraverso il vostro sistema. Uno è trasferimento di energia termica via i fononi, che sono vibrazioni del reticolo cristallino ed altro quello è via gli elettroni che attraversano through il vostro materiale. Così per un buon materiale termoelettrico volete avere una conducibilità termica molto difficile, ma una conduttività elettrica molto buona.

Tuttavia, se pensate a rame, per esempio, ha una buona conduttività elettrica, che è perché la utilizziamo in collegare, ma egualmente la utilizziamo in bollitori, perché è un buon conduttore termico pure e quello è realmente realmente cattivo per l'effetto termoelettrico. E se andate l'altro modo, agli isolanti come ceramica e vetri, sono buoni all'isolamento dall'energia termica, ma sono egualmente buoni isolanti elettrici. Così state combattendo sempre una battaglia che prova a trovare un materiale che ha il diritto l'insieme dei beni per l'effetto termoelettrico.

C'è Fortunatamente una differenza nei disgaggi di lunghezza per la conduzione termica ed elettrica. La conduzione Termica tende ad accadere sopra le distanze relativamente grandi, in modo dal viaggio delle onde di fonone un'interurbana prima che sia sparsa o riflessa, ma gli elettroni tendono a rimbalzare intorno ovunque. Così se mettete una certa struttura del nanoscale nel vostro materiale, potete interrompere i fononi, perché il vostro materiale non ha abbastanza di una struttura periodica per sviluppare un'efficace onda delle vibrazioni attraverso il sistema cristallino, ma gli elettroni non sono commoventi, perché già stanno spargendo ad un disgaggio molto più piccolo di lunghezza. Così con i nanostructures, potete diminuire la conducibilità termica, ma mantenete una buona conduttività elettrica, in modo dalla prestazione del materiale termoelettrico va su.

Con gli assorbitori a energia solare, stiamo provando a giocare un simile trucco strutturando i materiali in modo da hanno realmente riflettività, così pochissimo dei rimbalzi di radiazione della luce incidente fuori dalla superficie e tutta ottiene assorbente.

Combinando quegli due aspetti di nanotecnologia insieme, facendo uso di queste molto piccole strutture, possiamo ottenere i materiali che assorbono realmente bene l'energia solare ed i materiali che hanno buoni beni termoelettrici pure. Ed i materiali stessi non sono instabili - è il nanostructure che dà i beni migliori materiali, rispetto agli stessi materiali nella fase in serie.

La WS: Come questa tecnologia avvantaggierà i soldati nel campo di battaglia?

RD: Basicamente, stiamo esaminando aumentanti l'intervallo di un soldato - aumentando il lasso di tempo lui o può restare a partire dalla base e dal fare diminuire l'importo che devono portare intorno. Il soldato medio ha intorno 70 chilogrammi sulla loro parte posteriore in servizio o fuori sulla pattuglia e molti che è peso della batteria. Realmente, molto è sostituzioni per le batterie che sono già nella strumentazione. Così se potete rendere alle batterie ultimo più lungo, possono restare fuori per più lungamente, portano più alimento, più munizioni.

Così ci sono vantaggi reali se potete diminuire il caricamento dall'energia che memorizzata devono portare intorno con loro. E potete cominciare fare alcune cose realmente emozionanti pure, se riducete da quello alla generazione localizzata di energia. Per esempio, un sensore, in grado di scandire per gli attacchi chimici o altri rischi, potrebbe essere alimentato da una piccola destra termoelettrica dell'unità accanto, in modo da da voi non deve infilare i cavi dal terrapieno della batteria per alimentarlo.

La WS: Quanta corrente ha potuto un sistema termoelettrico portatile fattibile generare?

RD: Dipende Bene quanto grande la schiera è, appena come con le pile solari. Con le pile solari parliamo solitamente “della potenza per metro quadro„ ed è esattamente lo stesso con il thermoelectrics - più grande l'area sopra cui funziona, più la potenza che genera. Così la sfida è di colpire lo stesso ordinamento dei livelli che stiamo vedendo dalle pile solari - circa 100 mW/cm2.

Tuttavia, con i sistemi termoelettrici, la potenza che generate egualmente gli aumenti con la differenza della temperatura. Così potreste avere un'ampia area lavorare ad una piccola differenza della temperatura - per dire la temperatura ambiente alla temperatura corporea di un soldato, una differenza di circa 16 °C.

Alternativamente, potreste avere una più piccola, zona assorbente solare dedicata che riscalda con l'esposizione a luce solare. Anche in Cranfield a marzo, riuscito a riscaldare un certo materiale assorbente solare fino a °C 70 o 80 appena sedendoselo sul davanzale nell'ufficio. In moda da potere cominciare elasticità voi una differenza della temperatura di °C 60 e quella ottenere voi più vicino agli anni 10 o 100 di mW/cm2, che è una quantità di potenza utile.

La WS: Quanto tempo lo pensate sarete prima che cominciamo vedere le tecnologie personali della generazione di energia nei generi di consumo come pure nel settore militare?

RD: Probabilmente meno tempo che voi pensa. Nell'ambiente militare, se si rompe siete là siete ripercussioni serie, in modo dalle unità devono essere tipi differenti withstand e più robusti di ambienti che potrebbero avere bisogno di di essere per le applicazioni civili. Ed è una cosa realmente fresca per gli aggeggi di carico - appena pensando circa quanti gente degli aggeggi possiede e sta portando intorno, è soluzione del giocattolo “di un ragazzo tipico„ per la conservazione loro interamente addebitati più lungamente. In modo che il servizio abbia fame per quello gentile dell'applicazione.

In termini di quale sta andando venire in primo luogo, le applicazioni militari o commerciali, non vorrei mettere alcuna moneta su. Posso vedere ci sono le applicazioni militari molto chiare, ma anche molte forti aree commerciali, in modo da penserei che compaiano a circa lo stesso tempo. Per Quanto Riguarda l'ordinamento del periodo, stiamo cominciando a vedere i prodotti del quasi--servizio venire online già, in modo da non è molto lontano. Tuttavia, sono basati sulle tecnologie convenzionali - materiali termoelettrici esistenti che non sono quello nanostructured affatto. Stanno integrandi con la cottura della strumentazione per il campeggio, per esempio, dove i gradienti geotermici grandi sono disponibili. Così c'è già roba là fuori, ma probabilmente sarà un altro paio d'anni prima che vediamo il lato nano che compare.

La WS: Che Cosa sono alcune di grandi innovazioni seguenti che vederemo la gente lavorare sopra nei prossimi anni?

RD: Una delle cose realmente emozionanti sta provando ad ottenere queste cose integrate nei tessuti e nei fabbricati, in modo da si trasformano in in una parte del sistema - parlando avendo una cosa scatola di fiammiferi di taglia non stiamo cucendi al lato del vostro cappotto, queste cose diventeremmo una parte integrante dell'indumento.

Così, potete immaginarlo, per i soldati, vi trasformereste in in parte del loro zaino, per esempio - il fabbricato stesso che il loro zaino è fatto da sarebbe l'elemento termoelettrico attivo. Così state provando ancora a diminuire il peso totale che il soldato sta avendo intorno ed a consegnare un pacchetto completamente integrato.

E quella è una vera sfida - provare a fare queste cose su un substrato piano come un pezzo di silicio è abbastanza provocatoria. Provando a farla su una struttura 3D, una struttura tessuta è molto emozionante.

La WS: Che Cosa vi ha ispirato cominciare lavorare ai materiali termoelettrici e ad altre tecnologie personali della generazione di energia?

RD: Sono uno scienziato dei materiali preparandomi ed i nanomaterials attivi sono stati sempre un'area emozionante da lavorare dentro. Il concetto di lavorare alla generazione personale di energia in particolare è venuto circa da una serie di cose differenti.

Era Parzialmente frustrazione dal fare i lotti del viaggio ed avendo batterie del telefono esaurisca al massimo il momento inopportuno, mai non avendo un punto caricantesi all'aeroporto, o avendo il tipo dell'estorsione di spina.

Poi ho letto alcuni articoli su come le telecomunicazioni stavano sviluppando in Africa - hanno perso appena l'intera cosa della linea terrestre e sono andato diritto ai cellulari. Il numero degli utenti mobili in Africa è solo vacillante ed è superiore a Europa o in America, perché ancora abbiamo le linee terrestri. Hanno perso quel intero concetto di mettere in un'architettura fissa per i telefoni e quello mi ha ottenuto che penso - potremmo perdere appena il concetto di mettere in un'architettura fissa per distribuzione di energia?

Neppure nel REGNO UNITO e l'Europa, in cui abbiamo National Grid che è connesso dappertutto, realmente non sarà adatti ai nostri stili di vita attivi più. Anche in un ufficio, potete avere socket di potenza nella parete accanto al vostro ufficio, ma se il vostro ufficio è in mezzo ad un grande ufficio, ad ottenere la potenza potete ancora essere abbastanza difficile - e quella è appena nel vostro ufficio, con potenza presunto dappertutto.

Ed ottiene appena più duro mentre lasciate il bene immobile ed andate esterno - ottenere la potenza sul movimento è abbastanza provocatorio. Poi fuori della città, nei dintorni rurali, la potenza definitivamente non è sempre intorno. E quello è tutto in un paese sviluppato con un'infrastruttura di potenza.

Così penso che ci sia un servizio reale per potenza al watt all'intervallo di chilowatt - abbastanza per servire le persone o una famiglia, forse raggiungente ed alimentante un villaggio.

È realmente un genere di approccio “dal basso„ ad elettrico che è molto appropriato quando stiamo parlando della nanotecnologia e della fabbricazione “dal basso„!

Circa il Professor Robert Dorey

Robert Dorey tiene una Presidenza in Nanomaterials alla Cranfield University e fa parte dell'Istituto Di Superficie di Nanotecnologia e di Scienza. Piombo un gruppo di ricerca indipendente su nano e la microtecnologia nell'energia e nell'ambiente. Il Suo lavoro di ricerca esplora tre temi correlati:

  • Soluzioni Personali della generazione di energia basate sui materiali e sulle unità funzionali compreso i materiali termoelettrici, ferroelettrici, pyroelectric e piezoelettrici solidi delle pile a combustibile dell'ossido.
  • Sensori di controllo Ambientali e strutturali di salubrità
  • Itinerari Rispettosi dell'ambiente di trattamento per uso di minimizzazione di energia, del materiale e del prodotto chimico.


Date Added: Aug 15, 2012 | Updated: Feb 16, 2013

Last Update: 16. February 2013 16:46

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit