Wetenschappers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente zijn er in geslaagd om de efficiëntie van een thermo-elektrisch materiaal sterk te verbeteren. Deze materialen kunnen door hun bijzondere eigenschappen restwarmte omzetten naar elektriciteit. Op termijn kun je ze bijvoorbeeld inzetten om de warmte die de schoorsteen van een fabriek of de uitlaatpijp van een auto verlaat, nuttig te gebruiken. Het fundamentele onderzoek, dat is gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad Advanced Energy Materials, laat zien dat er nog voldoende ruimte voor verbetering van de materialen is.
Thermo-elektrische materialen, materialen die warmte om kunnen zetten naar elektriciteit, bestaan al langer. Omdat de efficiëntie van de materialen nog te gering is, zie je ze momenteel voornamelijk terug in gadgets, zoals laarzen die je lichaamswarmte gebruiken om je telefoon mee op te laden. Als je er in slaagt om de omzetting van de warmte naar elektriciteit efficiënter te maken, dan komt er echter een breed scala aan relevante toepassingen in zicht. Denk aan materialen die de warmte die de uitlaatpijp van een auto verlaat kunnen omzetten naar elektriciteit voor een elektromotor, fabrieken die restwarmte omzetten naar stroom en pacemakers die opgeladen worden met de lichaamswarmte van de drager.
Verdubbeling vermogen
Thermo-elektrische materialen hebben bijzondere eigenschappen die je doorgaans niet in natuurlijke materialen tegenkomt. Zo moet de elektrische geleiding zo hoog mogelijk en de thermische geleiding juist zo laag mogelijk zijn. Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente zijn er in geslaagd om de efficiëntie van dunne films van het thermo-elektrische materiaal NaXCoO2 sterk te verbeteren. Ze wisten het vermogen van dunne films van het materiaal te verdubbelen door de fabricagecondities aan te passen. Volgens dr. Mark Huijben, een van de betrokken onderzoekers, laat zijn onderzoek zien dat er nog verdere verbeterslagen mogelijk zijn. “Het gaat om fundamenteel onderzoek, maar we laten hiermee wel zien dat het mogelijk is om door betere controle over het fabricageproces de efficiëntie van de materialen sterk te verbeteren. Door de keuze van het substraat en de fabricagecondities, kunnen we het materiaal heel specifiek tunen.”
In het onderzoek is gewerkt met dunne films van het materiaal van minder dan honderd nanometer dik (een nanometer is een miljoen keer kleiner dan een millimeter). Huijben: “De volgende stap is dat we dunne lagen van verschillende materialen op elkaar gaan stapelen om nieuwe en betere eigenschappen te creëren.”
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers van de vakgroep Inorganic Materials Science van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente (en is onderdeel van de strategische onderzoeksrichting ‘NanoMaterials for Energy’) in nauwe samenwerking met de Universiteit van Illinois (VS).
Publicatie: Peter Brinks, Bouwe Kuiper, Eric Breckenfeld, Gertjan Koster, Lane W. Martin, Guus Rijnders, Mark Huijben, Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201301927 (2014).
Foto: Eric Brinkhorst
