Được phát triển bởi Viện nghiên cứu công nghệ hóa học Hàn Quốc (KRICT), vật liệu nhiệt điện này có hiệu suất cao, thân thiện với môi trường, dựa trên bạc selenide (Ag₂Se), được chế tạo trong điều kiện nhiệt độ và áp suất nhẹ hơn đáng kể so với các phương pháp thông thường.
Theo các nhà nghiên cứu, vật liệu nhiệt điện này có thể chuyển đổi trực tiếp nhiệt năng thành điện năng và ngược lại. Các vật liệu này đang thu hút sự quan tâm, được xem như những công nghệ năng lượng chủ chốt cho các ứng dụng, như làm mát thiết bị điện tử và thu hồi nhiệt thải.
Nhóm nghiên cứu cho biết, họ sử dụng bạc selenide (Ag₂Se), vật liệu được cấu tạo từ các nguyên tố tương đối dồi dào, như bạc (Ag) và selenium (Se), mang đến giải pháp đơn giản hơn và thân thiện hơn với môi trường.
Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các hạt nano Ag₂Se, thông qua quy trình dựa trên dung dịch và đưa thêm selenium vào để thiết kế thành phần giàu Se (Ag₂Se₁.₂). Bằng quy trình xử lý nhiệt đơn giản, họ đã chế tạo thành công vật liệu nhiệt điện khối đặc.
Công nghệ này được kỳ vọng ứng dụng trong các hệ thống phát điện quy mô nhỏ chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng trong các quy trình công nghiệp, trung tâm dữ liệu, hệ thống nhiệt mặt trời. Về lâu dài, nó cũng hứa hẹn là nguồn năng lượng cho các thiết bị IoT đeo được và cảm biến y tế.
Nhóm nghiên cứu cho biết, thành tựu quan trọng nhất của nghiên cứu này là việc chế tạo thành công vật liệu nhiệt điện có hiệu suất cao mà không cần đến các quy trình pha tạp phức tạp hay nhiệt độ và áp suất cao.
Cơ chế chính nằm ở việc tận dụng điểm nóng chảy tương đối thấp của selenium. Trong quá trình ủ nhiệt, selenium chuyển sang pha lỏng, thấm vào khoảng trống giữa các hạt Ag₂Se, thúc đẩy sự phát triển và làm đặc hạt nhờ hỗ trợ của pha lỏng. Quá trình này gia tăng liên kết các hạt, đồng thời giảm độ xốp, dẫn đến cải thiện độ dẫn điện và giảm độ dẫn nhiệt mạng tinh thể.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Advanced Composites and Hybrid Materials, giới thiệu một chiến lược đơn giản, có khả năng mở rộng quy mô, để chế tạo vật liệu nhiệt điện Ag₂Se₁.₂ hiệu suất cao, bằng cách kết hợp lượng Se dư thừa vào bột Ag₂Se được xử lý bằng dung dịch.
Trong các thí nghiệm, Ag₂Se₁.₂ thể hiện hệ số công suất cao và độ dẫn nhiệt mạng tinh thể giảm, dẫn đến hệ số hiệu suất tối đa là 0,927 ở 393 K. Theo các nhà nghiên cứu, tính chất dễ uốn cong của Ag₂Se₁.₂ cũng cho phép chế tạo máy phát điện nhiệt điện hình trụ với điện áp và công suất đầu ra ổn định ở các mức chênh lệch nhiệt độ khác nhau.
Nhóm nghiên cứu cho hay, phương pháp của họ rất hiệu quả, cải thiện không chỉ hiệu suất nhiệt điện và cơ học của Ag₂Se, mà còn khả năng ứng dụng của nó trong các thiết bị thu năng lượng dạng cong hoặc linh hoạt. Vật liệu này cải thiện hơn gấp đôi về độ bền nén và modul Young, cho phép khả năng ứng dụng vào các thiết bị có hình dạng phức tạp hoặc dạng cong.
Nhóm nghiên cứu cũng cho biết, vật liệu nhiệt điện hoạt động dựa trên hai nguyên lý chính: hiệu ứng Peltier, trong đó dòng điện gây ra hiện tượng nóng lên hoặc lạnh đi; và hiệu ứng Seebeck, trong đó điện được tạo ra từ sự chênh lệch nhiệt độ.
