Các nhà nghiên cứu vừa giới thiệu một vật liệu mới, có khả năng chuyển đổi hiệu quả nhiệt thải thành điện sạch. Công trình này nhấn mạnh hiệu quả của kỹ thuật cấu trúc dải điện tử trong việc nâng cao hiệu suất nhiệt điện của vật liệu dẫn siêu ion.

Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Queensland (QUT), vật liệu mới đạt hiệu suất nhiệt điện cao kỷ lục. Các nhà khoa học đã thêm mangan vào bạc, đồng và telluride để tạo ra loại vật liệu hiệu quả nhất trong cùng loại.

Nhóm nghiên cứu chứng minh vật liệu có thể đạt mức hiệu suất kỷ lục, khi được thử nghiệm trên một thiết bị nguyên mẫu, nó đạt hiệu suất chuyển đổi 13%, ngang bằng với các công nghệ tốt nhất hiện nay. Nói một cách đơn giản, cứ 100 đơn vị nhiệt năng đi vào thiết bị thì có khoảng 13 đơn vị chuyển thành điện.

Con số này nghe có vẻ không nhiều, nhưng đây là con số rất cao đối với vật liệu nhiệt điện, khi hầu hết chúng chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi vài phần trăm. Điều này có ý nghĩa trong bối cảnh mỗi ngày, một lượng nhiệt khổng lồ từ ô tô, các nhà máy sản xuất thường bốc hơi vào không khí.

Được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science, vật liệu này chỉ ra một cách để thu lại một phần năng lượng bị mất đó và biến nó thành năng lượng sạch. Sự cải tiến bắt nguồn từ sự hội tụ dải và làm phẳng dải hóa trị mà không ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt vốn đã thấp.

Nghiên cứu đạt được hệ số công trạng không thứ nguyên (ZT) cao, khoảng 1,88 ở 773 K trong vật liệu đa tinh thể AgCuTe pha tạp mangan loại p. Đây là một trong những giá trị cao nhất đối với vật liệu dựa trên AgCuTe, có thể so sánh với các vật liệu nhiệt điện nhiệt độ trung bình hiện đại khác.

Nhóm nghiên cứu cho hay, việc bổ sung mangan đã tối ưu hóa hiệu quả cấu trúc dải điện tử để cải thiện hệ số công suất, đồng thời làm giảm độ dẫn nhiệt của mạng tinh thể thông qua các lỗi mạng tinh thể được tăng cường.

Không giống như các lựa chọn khác, hợp chất này không phụ thuộc vào các nguyên tố độc hại. Nó ổn định, dễ sản xuất, mang lại hiệu suất nhiệt điện vượt trội, giá trị ZT trung bình cao hơn so với các vật liệu AgCuTe loại p trước đây, do đó là giải pháp sáng giá sử dụng trong thực tế.