ENGINEERINGNET -- In Japan vindt volop onderzoek plaats naar thermo-elektrische materialen. Ze zijn in staat om elektriciteit op te wekken uit warmte.
Het onderzoek naar thermo-elektrische materialen is op dit moment 'hot' in Japan. De overheid heeft na de energiecrisis in Fukushima ingezien dat alternatieve energiebronnen hard nodig zijn. En de grootste bron van energieverspilling is warmte; naar schatting zestig procent van de gebruikte energie gaat verloren in de vorm van warmte.
Thermo-elektrische materialen zoals bismut telluride, Bi2Te3, zijn al lange tijd bekend. Door hun lage efficiëntie, hoge kosten en geringe stabiliteit zijn ze nooit op grote schaal toegepast om elektriciteit uit warmte op te wekken.
Door de opkomst van nieuwe soorten materialen, echter, ontstaat er weer volop interesse in thermo-elektrische eigenschappen. De belofte is, dat ze efficiënter gebruik van energie mogelijk maken.
Voorbeelden uit Japan:
*Door poreus silicium te behandelen met een mengsel van zilvernitraat en waterstoffluoride vormen zich nanodraden op het oppervlak van siliciumdeeltjes met een diameter kleiner dan honderd nanometer. Daarmee hebben onderzoekers de eerste stap richting nano-silicium gezet.
De volgende stap is om de verschillende parameters van de groei te verbeteren om de beste thermo-elektrische eigenschappen te krijgen. Het doel is om nano-silicium in bulk te ontwikkelen als thermo-elektrisch materiaal. Het heeft een efficiëntie van ongeveer tien procent tussen kamertemperatuur en 300 °C.
Dit maakt toepassing in auto’s mogelijk. Bij een goede implementatie in auto’s kan het terugwinnen van door warmte verloren energie tien procent besparen op het brandstofverbruik.
*Een andere groep materialen die meer en meer aandacht begint te krijgen, zijn oxiden. Binnen deze groep wordt strontiumtitanaat (SrTiO3 of STO) veel onderzocht.(3) Normaal gesproken is STO een slechte elektrische geleider. Daardoor heeft het geen goede thermo-elektrische eigenschappen. Maar wanneer er een kleine hoeveelheid niobium (Nb) in wordt geïmplanteerd (Nb:STO), vertoont het ineens thermo-elektrische eigenschappen.
Het meest verrassende is, dat een dunne film van Nb:STO op een dikker STO-substraat, de Seebeck-coëfficiënt, het aantal Volt dat per Kelvin ontstaat, vervijfvoudigt.
(KV) (afbeelding Wikipedia: bismut telluride, Bi2Te3)
