Nästan 200 år efter att den franske fysikern Jean Peltier upptäckte att elektrisk ström som flödar genom korsningen mellan två olika metaller kan användas för att producera en värme- eller kyleffekt, forskare fortsätter att söka efter nya termoelektriska material som kan användas för kraftproduktion.

Forskare skriver in Naturmaterial , dock, säg att det är dags att intensifiera arbetet med att hitta nya material för termoelektrisk kylning.

Bismut telluriumföreningar har använts för termoelektrisk kylning i mer än 60 år, och forskarna säger att det faktum att det redan finns en kommersiell efterfrågan på tekniken tyder på att bättre material kan expandera marknaden.

"Det mesta arbetet är inriktat på högtemperaturmaterial för kraftproduktion, men det finns ingen marknad där än, "sade Zhifeng Ren, chef för Texas Center for Superconductivity vid University of Houston och motsvarande författare för tidningen. "Kylning är en befintlig marknad, en marknad på en miljard dollar, och det har inte skett stora framsteg när det gäller material. "

Han och medförfattare Jun Mao, en forskare vid TcSUH, och Gang Chen, en maskiningenjör och nanoteknolog vid Massachusetts Institute of Technology, kräver ökat fokus på utveckling av nya avancerade material som fungerar vid eller nära rumstemperatur.

De tre ingick i en grupp som 2019 rapporterade i tidningen Vetenskap ett nytt material som fungerar effektivt vid rumstemperatur samtidigt som det nästan inte kräver något dyrt tellur, en viktig komponent i det nuvarande toppmoderna materialet.

Materialet, bestående av magnesium och vismut, var nästan lika effektivt som det traditionella vismut-tellurmaterialet. Arbetet med att förbättra materialet pågår, Sa Ren.

Termoelektriska material fungerar genom att utnyttja flödet av värmeström från ett varmare område till ett svalare område, att ge en utsläppsfri energikälla. Materialen kan användas för att vända spillvärme - från kraftverk, bilrör och andra källor - till el, och ett antal nya material har rapporterats för den applikationen, som kräver material för att prestera vid högre temperaturer.

Termoelektriska kylmoduler har ställt en större utmaning eftersom de måste arbeta nära rumstemperatur, vilket gör det svårare att uppnå en hög termoelektrisk förtjänst, ett mått som används för att avgöra hur effektivt ett material fungerar. Termoelektriska material som används för kraftproduktion uppnår lättare en hög värdefördelning eftersom de arbetar vid högre temperaturer-ofta runt 500 Celsius, eller cirka 930 Fahrenheit.

Men det finns också fördelar med termoelektriska kylanordningar:de är kompakta, fungerar tyst och kan nästan omedelbart växla mellan värme och kyla, möjliggör exakt temperaturkontroll. De fungerar också utan att generera ozonskadliga växthusgaser.

De används främst för små applikationer, inklusive transport av medicinsk utrustning och kylande laserdioder.

"För storskaliga kylanordningar, en kompressor är fortfarande mer effektiv, "sa Ren, som också är MD Anderson ordförande professor i fysik. "För mindre system eller för alla kylapplikationer som kräver mycket exakt temperaturkontroll, vanlig kompressordriven kylning är inte lika bra. "

Men upptäckten av nya och bättre material kan expandera marknaden.

"Om du kan hitta material med högre förtjänst, du kan ha en mycket konkurrenskraftig prestanda för kylskåp eller till och med luftkonditionering, "Ren sa." Det är inte där ännu, men jag förstår inte varför det inte kan vara i framtiden. "