Двигатели внутреннего сгорания, которые используются в автомобилях на газовом топливе, потребляют лишь четверть потенциальной энергии топлива, а остальная энергия теряется в виде тепла через выхлопные газы. Однако новое исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, демонстрирует способ преобразования отработанного тепла в электричество. Исследователи представили прототип системы термоэлектрического генератора, который может уменьшить потребление топлива и сократить выбросы углекислого газа, что способствует развитию инициатив в области устойчивой энергетики в быстро меняющемся мире.
Неэффективное использование топлива способствует выбросам парниковых газов и подчеркивает необходимость в новых системах рекуперации отработанного тепла. Такие системы, называемые термоэлектрическими, используют полупроводниковые материалы для преобразования тепла в электричество за счет температурной разницы. Однако многие современные конструкции термоэлектрических устройств громоздки и сложны, требуют дополнительного охлаждающего воды для поддержания необходимой температурной разницы.
Команда исследователей во главе с Вэньцзе Ли и Бедом Пуделем разработала компактную систему термоэлектрического генератора, которая эффективно преобразует тепло выхлопных газов высокоскоростных транспортных средств, таких как автомобили, вертолеты и беспилотные летательные аппараты, в электричество.
Новый термоэлектрический генератор содержит полупроводник из висмутового теллурида и использует теплообменники, подобные тем, что применяются в кондиционерах, для улавливания тепла от выхлопных труб транспортных средств. Кроме того, система оснащена радиатором, который значительно увеличивает температурную разницу, что напрямую влияет на выходную мощность устройства.
Прототип генератора достиг выходной мощности 40 Вт — этого достаточно для питания стандартной лампочки. Исследования также показали, что высокая скорость воздушного потока, характерная для выхлопных труб, улучшает эффективность и увеличивает электрическую мощность системы.
В моделировании, которое имитировало высокоскоростные условия, система термоэлектрического генератора продемонстрировала высокую эффективность: она производила до 56 Вт для выхлопных газов автомобиля и 146 Вт для выхлопа вертолета. Это эквивалентно мощности пяти и 12 литий-ионных аккумуляторов типа 18650 соответственно.
Исследователи отмечают, что их система может быть интегрирована непосредственно в выхлопные системы без необходимости в дополнительных охлаждающих устройствах. Они добавляют, что с ростом спроса на чистую энергию эта технология может проложить путь к широкомасштабному внедрению термоэлектрических устройств в транспортной отрасли.