Термоэлектрохимические ячейки (термоячейки) – миниатюрные устройства, производящие электроэнергию из энергии температурных градиентов, то есть перепадов температур между различными объектами или средами.
Современные устройства такого типа создают разность потенциалов большую, чем полупроводниковые термоэлектрики, однако уступают им по величине выходной мощности. Именно это, по словам ученых, ограничивает сегодня их практическое применение.
Решая эту проблему, ученые НИТУ "МИСиС" впервые исследовали новый тип термоячеек, в которых используются оксидно-металлические электроды и водный электролит. По их словам, такое решение позволяет повысить ток и снизить внутреннее сопротивление, что обеспечивает рост мощности по сравнению с аналогами почти на порядок.
"Мы показали возможность применения в термоячейке оксидно-никелевого электрода на основе полых никелевых микросфер. Достигнут рекордный для водных электролитов показатель гипотетического коэффициента Зеебека. Кроме того, мы обнаружили нетипичное для термоячеек нелинейное изменение вольт-амперных характеристик, обеспечивающее рост КПД устройства", – рассказал ведущий эксперт кафедры ФНСиВТМ НИТУ "МИСиС" Игорь Бурмистров.
Как объяснили ученые НИТУ "МИСиС", высокое значение коэффициента Зеебека позволит использовать в качестве источника энергии даже тепло человеческого тела. В перспективе ученые намерены создать электрохимический суперконденсатор, который заряжался бы путем простого контакта с нагретыми поверхностями, сохраняя заряд длительное время.
Применение водных систем существенно удешевляет изготовление и повышает безопасность ячеек, что, как уверены ученые, позволит в короткой перспективе перейти к реализации коммерчески привлекательных систем.
"Проектируемые нами материалы позволят создать, например, встроенные в одежду элементы питания электроники, использующие разности температуры человеческого тела и окружающей среды. Температурные градиенты окружают нас повсеместно, и устройства такого типа помогут извлекать энергию, рассеиваемую в окружающую среду промышленными объектами, зданиями и множеством других простых и бесплатных источников", – объяснил Игорь Бурмистров.
По словам ученых, разработанная термоэлектрохимическая ячейка может обеспечивать напряжение разомкнутой цепи до 0,2 В при температуре электрода до 85°С. Как отметили авторы исследования, это в 10-20 раз превосходит показатели аналогичных разработок.
В дальнейшем ученые намерены добиться повышения выходной мощности за счет оптимизации состава электродного материала и улучшения конструкции термоячейки.