Новости химической науки > Полимеры преобразуют тепловую энергию в электрическую

Шведские исследователи смогли улучшить термоэлектрическую эффективность органических электропроводных полимеров за счет контроля степени окисления полимерного материала.

Такой подход оказался эффективным, и, в будущем обещает большие перспективы в разработке дешевых, гибких и легких органических термоэлектрических устройств преобразования как природного, так и избыточного промышленного тепла в электрическую энергию.

Десятилетиями термоэлектрические явления – непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую, могли быть реализованы только за счет систем, требующих сложного подхода к производству, в которых применялись дорогие сплавы металлов, например, теллурид висмута (Bi₂Te₃). Однако результаты последних исследований позволяют предположить, что альтернативой существующим материалам для получения электротермических систем могут быть органические полупроводниковые материалы, которыем могут быть получены непосредственно из раствора.

Термоэлектрические генераторы могут преобразовать образующееся при работе двигателя автомобиля отработанное тепло, понизив таким образом расход топлива. (Рисунок: © General Motors)

Однако одним из существенных препятствий в разработке таких систем является создание термоэлектрического полимера, производительность которого может сравниться с производительностью обычных неорганических материалов. Хавьер Криспин (Xavier Crispin) из Университета Линкопинга (Швеция) увеличили термоэлектрическую эффективность органического электропроводного полимера – комплекса поли(3,4-этилендиокситиофена) с тозилатом (PEDOT-Tos), использовав новый материал для создания прототипа термоэлектрического генератора. Хотя эффективность нового полимерного материала при комнатной температуре пока в четыре раза ниже эффективности Bi₂Te₃, исследователи полагают, что достигнутые параметры уже достаточны для создания эффективных устройств.

Для оптимизации термоэлектрических свойств полимера исследователи осуществляли контроль его степени окисленности, экспонируя в парах тетракис(диметиламин)этилена. Такая экспозиция способствует тому, что положительно заряженные цепи полимера приобретают электроны и становятся нейтральными.

Мартийн Кемеринк (Martijn Kemerink), специалист по органической электроники из Университета Эйндховена (Нидерланды) отмечает, что работа Криспина представляет собой существенный шаг в изучении и модификации производительности термоэлектрических материалов, заявляя, что исследователям не только удалось добиться удовлетворительной производительности от материала, но и создать термоэлектрический генератор, работающий на основе этого материала, который, пока хотя и не может быть прототипом серийного устройства, но, тем не менее, указывает, как должны развиваться исследования в этой области.

Криспин подчеркивает, что возможность получать термоэлектрические материалы непосредственно из раствора открывает для создания термоэлектрических генераторов возможности применения новых дешевых методов производства, например – технику печати. Эластичность полимера позволяет также проводить интеграцию термоэлектрогенераторов с текстильными материалами, чтобы получить одежду, преобразующую тепло человеческого тела в электроэнергию.

Источник: Nat. Mater., 2011, DOI:10.1038/nmat3012

метки статьи: #физическая химия, #химическая технология, #химия полимеров, #электрохимия, #элементоорганическая химия