Brennungsmotoren, die Motoren in gasbetriebenen Autos, nutzen nur ein Viertel der potenziellen Energie des Kraftstoffs, während der Rest als Wärme durch Auspuff verloren geht. Jetzt eine Studie in veröffentlicht in ACS angelegte Materialien und Schnittstellen zeigt, wie man Abgaswärme in Elektrizität umwandelt. Die Forscher präsentieren ein thermoelektrisches Prototyp -System, das den Kraftstoffverbrauch und die Kohlendioxidemissionen verringern könnte – eine Chance zur Verbesserung der Initiativen für nachhaltige Energie in einer sich schnell verändernden Welt.
Die Ineffizienz von Kraftstoff trägt zu Treibhausgasemissionen bei und unterstreicht die Notwendigkeit innovativer Genesung von Abfallheizungen. Wärmeerfassungssysteme, genannt thermoelektrische Systeme, verwenden Halbleitermaterialien, um Wärme auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz in Elektrizität umzuwandeln. Viele vorhandene thermoelektrische Gerätekonstruktionen sind jedoch schwer und komplex und erfordern zusätzliches Kühlwasser, das zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperaturdifferenz verwendet wird. Jetzt haben ein von Wenjie Li und Bett Poudel geleitete Forscherteam ein kompaktes thermoelektrisches Generatorsystem entwickelt, mit dem Abgaswärme aus Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen wie Autos, Hubschrauber und unbemannten Luftfahrzeugen effizient in Energie umgewandelt werden kann.
Der neue thermoelektrische Generator der Forscher enthält einen Halbleiter aus Wismut-Tellurid und verwendet Wärmetauscher (ähnlich wie in Klimaanlagen), um Wärme aus Fahrzeugableitungen zu erfassen. Das Team umfasste auch ein Stück Hardware, das die Temperatur reguliert, die als Kühlkörper bezeichnet wird. Der Kühlkörper erhöht die Temperaturdifferenz erheblich, was den elektrischen Ausgang des Systems direkt beeinflusst. Ihr Prototyp erreichte eine Ausgangsleistung von 40 Watt, ungefähr genug, um eine Glühbirne mit Strom zu versorgen. Wichtig ist, dass die Ergebnisse darauf hinweisen, dass hohe Luftstrombedingungen, wie die in Auspuffrohren enthalten, die Effizienz verbessern und damit den elektrischen Ausgang des Systems erhöhen.
In Simulationen, die Hochgeschwindigkeitsumgebungen nachahmen, zeigte das Abfall-Heat-System eine große Vielseitigkeit. Ihr System erzeugte bis zu 56 W für Auto-ähnliche Auspuffgeschwindigkeiten und 146 W für hubschrauberartige Auspuffgeschwindigkeiten oder das Äquivalent von fünf bzw. 12 Lithium-Ionen-Batterien. Die Forscher sagen, dass ihr praktisches System direkt in vorhandene Abgasauslassungen integriert werden kann, ohne zusätzliche Kühlsysteme erforderlich zu machen. Wenn die Nachfrage nach Clean Energy-Lösungen eskaliert, fügt sie hinzu, dass diese Arbeit den Weg zur praktischen Integration von thermoelektrischen Geräten in Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge ebnen könnte.
Die Autoren erkennen die Finanzierung des Programms der Army Rapid Innovation Fund an. das National Science Foundation Industry-University Cooperative Forschungszentrenprogramm über das Zentrum für Energieerntensmaterialien und -systeme; und das Büro für Marineforschung.
