Gambar mikroskop elektron transmisi menunjukkan bahan termoelektrik yang baru ditemukan. Butiran kecil mengurangi konduksi panas, membuat pembangkit listrik termoelektrik lebih efisien.
Para peneliti dari University of Houston telah menemukan bahan termoelektrik efisiensi tinggi baru menggunakan kombinasi magnesium, perak, dan sejumlah kecil nikel.
Fisikawan Universitas Houston telah menemukan bahan termoelektrik baru yang menawarkan kinerja tinggi pada suhu mulai dari suhu kamar hingga 300 derajat Skala Celsius, juga dikenal sebagai skala celcius, adalah skala suhu yang dinamai menurut nama astronom Swedia Anders Celsius. Dalam skala Celcius, 0 °C adalah titik beku air dan 100 °C adalah titik didih air pada tekanan 1 atm.
Celcius, atau sekitar 573 derajat Skala Fahrenheit adalah skala suhu, dinamai berdasarkan Fisikawan Jerman Daniel Gabriel Fahrenheit dan berdasarkan yang dia usulkan pada tahun 1724. Dalam skala suhu Fahrenheit, titik beku air membeku adalah 32 °F dan air mendidih pada suhu 212 °F, pemisahan 180 °F, seperti yang didefinisikan pada permukaan laut dan tekanan atmosfer standar.
Fahrenheit.
“Bahan baru ini lebih baik daripada bahan tradisional, Bismuth telluride, dan dapat digunakan untuk mengubah limbah panas menjadi listrik jauh lebih efisien,” kata Zhifeng Ren, profesor fisika Ketua MD Anderson di UH dan penulis utama makalah yang menjelaskan tentang penemuan, dipublikasikan secara online oleh Nano Energy.
Ren, yang juga penyelidik utama di Texas Center for Superconductivity di UH, mengatakan pekerjaan itu penting untuk penelitian dan komersialisasi energi bersih pada suhu sekitar 300 derajat Celcius.
Telluride Bismut telah menjadi bahan termoelektrik standar sejak 1950-an dan digunakan terutama untuk pendinginan, meskipun juga dapat digunakan pada suhu hingga 250 C, atau 482 F, untuk pembangkit listrik, dengan efisiensi terbatas.
Untuk penemuan ini, Ren dan anggota lab lainnya menggunakan kombinasi magnesium, perak, dan antimon untuk menghasilkan listrik dari panas menggunakan prinsip termoelektrik. Mereka menambahkan sedikit nikel, setelah itu Ren mengatakan senyawa itu bekerja lebih baik.
Pekerjaan itu dilakukan bekerja sama dengan para peneliti dari Departemen Kimia UH dan Institut Teknologi Massachusetts. Huaizhou Zhao dan Jiehe Sui, anggota lab Ren yang institut rumahnya adalah Institut Teknologi Harbin di China, adalah kontributor utama; Zhao sekarang menjadi ilmuwan riset di Institut Fisika dengan Akademi Ilmu Pengetahuan China.
Bahannya bekerja dengan baik hingga 300 C, kata Ren; pekerjaan untuk meningkatkan efisiensinya sedang berlangsung.
Potensi untuk menangkap panas – dari pembangkit listrik, cerobong asap industri dan bahkan knalpot kendaraan – dan mengubahnya menjadi listrik sangat besar, memungkinkan panas yang terbuang saat ini digunakan untuk menghasilkan listrik. Ren mengatakan suhu di sana bisa berkisar antara 200 C hingga 1.000 C, dan hingga saat ini, belum ada bahan termoelektrik yang mampu bekerja setelah kondisi melampaui tingkat panas yang lebih rendah. Sebagian besar permintaan berkisar dari 250 C hingga 300 C, katanya.
Ren long telah bekerja di bidang termoelektrik, di antara bidang ilmiah lainnya. Kelompok penelitiannya menerbitkan sebuah artikel di jurnal Science pada tahun 2008 menetapkan bahwa efisiensi – istilah teknisnya adalah “sosok jasa” – dari Bismuth telluride dapat ditingkatkan sebanyak 20 persen dengan mengubah cara pemrosesannya. Saat itu, Ren berada di Boston College.
Dan labnya musim panas lalu menerbitkan sebuah makalah di Prosiding National Academy of Sciences yang menetapkan telluride timah dengan penambahan unsur kimia indium sebagai bahan yang mampu mengubah limbah panas menjadi listrik. Tapi telluride timah bekerja paling baik pada suhu yang lebih tinggi dari sekitar 300 C, atau sekitar 573 F, sehingga penting untuk terus mencari bahan lain yang bekerja pada suhu yang lebih rendah.
Kelompok Ren bukanlah yang pertama mempelajari materi baru, yang belum diberi nama tetapi dirujuk dalam makalah Nano Energy sebagai bahan berbasis MgAgSb, menggunakan nama kimia untuk unsur yang digunakan untuk membuatnya. Makalah tersebut mengutip pekerjaan yang dilakukan pada tahun 2012 oleh MJ Kirkham, et al; pekerjaan itu menggunakan magnesium, perak, dan antimon dalam jumlah yang sama, kata Ren, tetapi menghasilkan pengotor dan sifat penghantar yang buruk.
Dia mengatakan labnya menemukan bahwa menggunakan perak dan antimon sedikit lebih sedikit, dan mencampur unsur-unsur secara terpisah – menempatkan magnesium dan perak terlebih dahulu dalam proses penggilingan bola, menambahkan antimon setelah beberapa jam – menghilangkan kotoran dan secara signifikan meningkatkan sifat termoelektrik.
“Kami memiliki kualitas yang jauh berbeda,” katanya. “Lebih baik, tanpa pengotor, dan ukuran butir lebih kecil, bersama dengan sifat termoelektrik yang jauh lebih baik.”
Publikasi : Huaizhou Zhao, dkk., “Kinerja termoelektrik tinggi dari bahan berbasis MgAgSb,” Nano Energy, 2014; doi:10.1016/j.nanoen.2014.04.012
Gambar: Universitas Houston
