混elとした都市生活から3日間のリトリートに満足するのに十分なギアで満たされた、とらえどころのないキャンプスポットにハイキングします。 しかし、出発する準備ができたら、携帯電話が死んだだけでなく、バッテリーを荒らしていた間ずっと信号を探した後にバッテリーが消費されただけでなく、どこにハイキングに行ったか覚えていないことがわかりますお使いの携帯電話のGPSが現実に戻ってあなたのライフラインであることを意味します。 幸いなことに、調理鍋には新しい素材が組み込まれているため、鍋の電源を入れ、内部の水を温め、それに接続されているポートに電話を接続するだけです。 わずか数時間で携帯電話が充電され、トレイルヘッドに駐車したトラックに安全に戻すことができます。
ユタ大学の研究者は、カルシウム、コバルト、テルビウムの3つの化学元素で構成される非毒性物質が廃熱から熱電エネルギーを生成することを最近発見しました。 Ca3Co4Ogを、調理鍋などの熱い層と、鍋の中の食べ物や水のような冷たい層の間に挟むことにより、熱い端からの電荷が冷たい端を通って移動し、電圧を生成します。
エネルギーは、温度差を使用して熱電プロセスによって生成されます。 この場合、材料科学および工学博士研究員のシュリカント・サイニは、温度差が1度でも検出可能な電圧を生成すると言います。
「熱電材料では、材料の一端が高温で他端が低温の場合、高温端からの電荷キャリアが材料を通過して低温端に移動し、電圧を生成します」 Scientific Reportsに掲載されました。 「この材料の数ミリグラムは、おおよそマイクロワットの電力を提供します。」
この材料は非常に新しい発見であるため、Saini氏は正確なグラムからワットの測定を分析している最中だと言います。 ただし、大まかな見積もりでは、1ワットの電力を生成するには約5グラムの材料が必要であることが示されています。
この図では、熱いストーブからの熱が、冷たい水や調理鍋の食べ物と相まって、携帯電話を充電するのに十分な電気を生成する可能性があります。 （Ashutosh Tiwari） 古いことわざは「無駄にしないでほしい」と警告しています。しかし、無駄、つまりエネルギーの無駄は、キャプチャするのが難しいです。 米国では、非効率性のためにエネルギーの半分近くが失われ、エネルギーの大部分は依然として再生不可能な石油、天然ガス、石炭から生成されています。 Lawrence Livermore National Laboratoryがまとめた米国のエネルギーチャートによると、2013年に太陽、原子力、水力、風力、地熱、天然ガス、石炭、バイオマス、石油から生成された97.4兆英国熱原単位（またはクワッド）の原エネルギー、実際に使用されたのは38.4個のクワッドのみです。 つまり、59個のクワッドが無駄になりました。 この無駄なエネルギーを集めて使用する方法を見つけることは、将来のための持続可能な資源を提供する可能性があります。
「廃熱は見過ごされがちですが、可能性のあるエネルギーの膨大な貯蔵庫です」と、バークレー研究所のモレキュラー・ファウンドリーの無機施設ディレクター、ジェフリー・アーバンは言います。 「サーモエレクトリックは、このリソースを活用して活用するための有望なルートです。可動部品、作動流体、または他の機械的な複雑さなしで、熱を直接電気に変換します。」
アーバンは、効率、材料のコスト、および実装の容易さはすべてエンジニアリングの重要な考慮事項であると指摘し、「複雑な輸送物理学のため、熱電は特定の温度でのみ最適に動作する傾向があります。」
以前の熱電材料の組成は、カドミウム、テルル、または水銀で構成されていました。これらの元素はすべて人体に有害であり、Sainiの研究によれば、Ca3Co4Ogの組み合わせほど安定していません。 また、従来の熱電材料は、単結晶の製造または製造に由来するため、拡張性がありませんでした。 Sainiの化学物質の組み合わせにより、この熱電技術の大規模な適用が可能になる可能性があります。化学物質は容易に混合して調理して非毒性物質を引き出し、より大きなバッチでの製造を容易にするためです。 これにより、発見が可能なゲームチェンジャーになります。
「この材料の多くの用途が予想されます」とSaini氏は言います。 ユタ大学は特許を申請しています。 Sainiはいくつかの具体的な詳細を明らかにすることはできませんが、新たに発見された材料は宝石、調理鍋、自動車で使用でき、さらには将来の医療用途にも使用できると付け加えています。
トーマスゼーベックとジャンペルティエが熱から電気への変換を発見した1821年に、熱電（温度差によって生成される電気）が発生しました。 30年後の1851年、ウィリアムトムソン（Kelvinとしても知られています）は、電子の拡散方法に応じて、材料に電流を流すと加熱または冷却できることを発見しました。 それ以来、科学者が熱電をスケーラブルな技術に取り入れるために分野は進化し続けました。
デラウェア大学の材料科学および工学の准教授であるジョシュア・ジデは、Sainiの発見のための化学元素の組み合わせの一部である希土類元素、特にテルビウムを研究しています。 彼は、テルビウムは研究者が示唆するほど豊富であるとは限らないと言っているが、化学組成内で使用される量は大量の問題を引き起こす可能性がある。
「[テルビウム]は実際、熱電で一般的に使用されるテルルよりもはるかに一般的ですが、実際にはややまれです」とZide氏は言います。 「これにより、熱電とCdTe太陽電池[テルル化カドミウム太陽電池-市場で2番目に一般的なもの]の両方の需要が急増しているため、近年大きな価格上昇が生じています。」
Saini氏は、この熱電技術が実現するのに10年近くかかり、最初の目標は、チームが最終要件にバイオフレンドリーを追加する前に効率的な材料を作成することだったと言います。 製品が特許化されると、彼らはそれを商業的に導入したいと思う。 「この時点では、自動車には多くの廃熱があり、それを使用して電気に変換することができます」とSaini氏は言います。
特にこの新しい発見により、熱電発電の将来は有望です。 カリフォルニア大学サンタバーバラ校の材料および電気工学とコンピューター工学の名誉教授であるアートゴサードは、この新技術が軍隊の進歩、特に全電気船に将来的に応用できると考えています。
「ボイラーとリアクターからの熱を使用して電気を生成し、電気モーターを駆動して電気船を押すことができます」とGossard氏は言います。 「この船には、お湯の煙が残らないという利点があり、追跡が容易になります。 しかし、それはメガワットの電力を必要とし、熱電はまだその程度まで拡大されていません。」
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