University of Houston fysiker har upptäckt ett nytt termoelektriskt material som erbjuder hög prestanda vid temperaturer från rumstemperatur upp till 300 grader Celsius, eller cirka 573 grader Fahrenheit.

"Detta nya material är bättre än det traditionella materialet, Vismut telluride, och kan användas för spillvärmekonvertering till el mycket mer effektivt, " sa Zhifeng Ren, M.D. Anderson ordförande professor i fysik vid UH och huvudförfattare till en artikel som beskriver upptäckten, publicerad online av Nanoenergi .

Ren, som också är huvudutredare vid Texas Center for Superconductivity vid UH, sade att arbetet kan vara viktigt för forskning om ren energi och kommersialisering vid temperaturer på cirka 300 grader Celsius.

Vismuttellurid har varit det termoelektriska standardmaterialet sedan 1950-talet och används främst för kylning, även om den också kan användas vid temperaturer upp till 250 C, eller 482 F, för elproduktion, med begränsad effektivitet.

För denna upptäckt, Ren och andra medlemmar av hans labb använde en kombination av magnesium, silver och antimon för att generera elektricitet från värme med hjälp av den termoelektriska principen. De tillsatte en liten mängd nickel, varefter Ren sa att föreningen fungerade ännu bättre.

Arbetet har gjorts i samarbete med forskare från UH Department of Chemistry och Massachusetts Institute of Technology. Huaizhou Zhao och Jiehe Sui, en medlem av Rens labb vars heminstitut är Harbin Institute of Technology i Kina, var primära bidragsgivare; Zhao är nu en forskare vid Institute of Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin.

Materialet fungerar bra upp till 300 C, Ren sa; arbetet med att förbättra dess effektivitet pågår.

Potentialen för att fånga värme – från kraftverk, industriella skorstenar och till och med fordonsavgasrör – och att omvandla det till elektricitet är enormt, vilket gör att värme som för närvarande går till spillo kan användas för att generera kraft. Ren sa att temperaturen där kan variera från 200 C till 1, 000 C, och tills nu, det har inte funnits ett termoelektriskt material som kan fungera när förhållandena väl överstiger de lägre värmenivåerna. Mycket av efterfrågan sträcker sig från 250 C till 300 C, han sa.

Ren har länge arbetat inom termoelektrik, bland andra vetenskapliga områden. Hans forskargrupp publicerade en artikel i tidskriften Vetenskap 2008 konstaterade att effektiviteten – den tekniska termen är "förtjänstsiffran" – av Bismuth telluride kunde ökas så mycket som 20 procent genom att ändra hur det bearbetas. Just då, Ren var på Boston College.

Och hans labb publicerade förra sommaren ett papper i Proceedings of the National Academy of Sciences etablera tenntellurid med tillsats av det kemiska elementet indium som ett material som kan omvandla spillvärme till elektricitet. Men tenntellurid fungerar bäst vid temperaturer högre än cirka 300 C, eller ungefär 573 F, vilket gör det viktigt att fortsätta leta efter ett annat material som fungerar vid lägre temperaturer.

Rens grupp är inte först med att studera det nya materialet, som inte har namngetts men hänvisas till i Nanoenergi papper som helt enkelt MgAgSb-baserade material, använda de kemiska namnen för de grundämnen som användes för att skapa den. Tidningen citerar arbete som utfördes 2012 av M.J. Kirkham, et al; det arbetet använde magnesium, silver och antimon i lika delar, Ren sa, men resulterade i föroreningar och dåliga ledningsegenskaper.

Han sa att hans labb fann att man använde lite mindre silver och antimon, och blanda elementen separat – sätta magnesium och silver först i kulmalningsprocessen, tillsats av antimon efter flera timmar – eliminerade föroreningarna och förbättrade avsevärt de termoelektriska egenskaperna.

"Vi hade mycket olika egenskaper, " sa han. "Bättre, utan föroreningar, och mindre kornstorlek, tillsammans med mycket bättre termoelektriska egenskaper."