Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») с зарубежными коллегами представили новую экономичную электрохимическую ячейку на основе углеродной ткани, сообщила пресс-служба вуза. Модули на основе таких ячеек позволят преобразовать бросовое, попутное тепло в электроэнергию и смогут в перспективе заряжать носимые гаджеты прямо на руке, а автомобильные аккумуляторы – теплом выхлопных газов.

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Sustainability.

Развитие технологий прямого преобразования бросового тепла в электроэнергию (термоэлектричество) – одно из передовых направлений развития альтернативной энергетики. Многие ученые считают наиболее перспективными технологии с использованием термоэлектрохимических ячеек (термоячеек), которые позволяют получать энергию от источников с температурой не выше ста градусов Цельсия.

Работа термоячеек основывается на так называемом эффекте Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает электродвижущая сила (ЭДС), если места контактов имеют разную температуру. Серьезным недостатком уже существующих современных образцов термоячеек является их низкая выходная мощность. Это существенно ограничивает область их применения.

Коллектив ученых кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Саратовского государственного технического университета имени Гагарина, РЭУ Плеханова и Университета Нигерии представил новое исследование, посвященное повышению емкости и эффективности термоэлектрохимических ячеек, способных преобразовывать энергию бросового тепла в электрический ток.

В частности, разработчики решали проблему перехода от активно изучаемых электродов на основе углеродных нанотрубок к углеродным тканям – материалу более доступному и дешевому. Один грамм нанотрубок стоит примерно 100 рублей, в то время как грамм углеродной ткани – 7,5 рублей.

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

Ученые исследовали два вида конструкций ячеек: обычную электрохимическую ячейку с солевым мостиком и корпусом типа монетной ячейки. В результате экспериментов они обнаружили, что модификация поверхности электродов титаном и оксидом титана может снизить внутреннее сопротивление ячейки на три порядка.

В результате, максимальная мощность для углеродного волокна, модифицированного металлическим титаном и оксидом титана, увеличилась до 25,2 мВт / м², который обеспечивает КПД в 1,37%. Лучший мировой результат для термоячеек составляет около 3%, при этом в них использованы дорогостоящие массивы углеродных нанотрубок «nanoforest», декорированные игольчатыми наночастицами платины.

Сегодня научный коллектив работает над дальнейшим повышением мощности полученных термоэлектрических модулей и планирует приступить к созданию опытных прототипов устройств на их основе. опытных прототипов устройств на их основе.