Материал для радиоизотопного термоэлектрического генератора создают в Зеленограде

МИЭТ – один из первых вузов нашей страны, который стал заниматься термоэлектричеством. Как сообщает РИА Новости, в этом году наши ученые приступили к созданию уникального материала для альтернативной энергетики. В рамках проекта под руководством профессора Института перспективных материалов и технологий (ПМТ) Алексея Шерченкова, в университете ведется работа над созданием высокоэффективных объемных наноструктурированных термоэлектрических материалов для широкого интервала рабочих температур от 300 до 1200 К. Подробнее о деятельности научного коллектива, ставшего победителем конкурса «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» Российского научного фонда, читайте далее.

Основная идея

В данном проекте идет речь об альтернативных источниках энергии – получении электрической энергии за счет тепловой энергии. Существенный вклад в развитие таких альтернативных источниках энергии на основе термоэлектрических генераторов внес знаменитый академик Абрам Федорович Иоффе. Он предложил для получения эффективных полупроводниковых материалов с высокой термоэлектрической добротностью использовать специальные твердые растворы. Именно эта его идея долгое время определяла направление развития термоэлектрического материаловедения в целом. Однако к настоящему времени метод твердых растворов практически полностью себя исчерпал. В последние годы в термоэлектрическом материаловедении сформировалось новое направление развития, основанное на достижениях нанотехнологии. Теоретические исследовательские результаты в этом направлении уже получены, однако оно еще далеко от практической реализации. Миэтовцы предложили, используя идею Иоффе, получить ряд материалов на основе твердых растворов с использованием достижений нанотехнологий, пригодных для практического применения.

– У термоэлектрических материалов должна быть очень низкая теплопроводность, – рассказывает профессор ПМТ, участник проекта Юрий Штерн. – Она составляет порядка 1 Ватта на квадратный метр на градус Цельсия. Это примерно, как стекло. И наша задача – получение термоэлектрических материалов с предельно низкой теплопроводностью. Сделано это будет благодаря снижению решеточной составляющей теплопроводности в наноструктурированных материалах.

Предполагается, что первоначально новый материал будет получен в виде порошка с частицами размером порядка десятков нанометров. Из этого порошка впоследствии будет изготовлен объемный материал, с использованием, например, горячего прессования или искрового плазменного спекания. За счет рассеивания фононов на границах наночастиц, из которых будет состоять материал, у него будет низкая теплопроводность, при этом электропроводность уменьшится незначительно.

– С помощью этого проекта мы должны подтвердить эффективность наноструктурирования для получения высокого КПД термоэлементов, которые будут сделаны из этих материалов, и понять, не деградирует ли материал при высоких температурах. Останется ли при нагреве до высоких температур такая наноструктура или нет, – подчеркивает руководитель проекта А.А. Шерченков.

Применение

Применение перспективного материала будет ожидаемо при планировании дальних космических полетов. Например, чтобы запустить в дальний космос межпланетную станцию, способную работать в течение десятков лет, понадобятся радиоизотопные термоэлектрические генераторы на основе этого материала и при этом ему не нужно будет никакое обслуживание. Также применение актуально для получения электроэнергии в труднодоступных регионах, например, в Арктике, для создания катодной защиты трубопроводов, например «Сила Сибири». Термоэлектрические генераторы с этим материалом будут отличной альтернативой ветрякам и солнечным батареям, которым необходим большой набор условий для корректной работы.

Проект при поддежке Российского научного фонда (грант РНФ № 21-19-00312) планируется завершить в 2023 году. Трудиться над ним будет коллектив из 10 человек, и основную часть выполнят миэтовские молодые кандидаты наук и аспиранты.