Aktuellt

Termoelektriska material omvandlar spillvärme till el

13.04.2011

I Aalto-universitetets oorganiska kemilaboratorium utvecklas nya miljövänliga termoelektriska oxidmaterial

Termoelektricitet är ett intressant fenomen där ett element som placeras mellan ett kallt och ett varmt utrymme producerar el. Elektronerna eller hålrummen mellan dem transporterar inte bara elström utan också värme. Termoelektriska generatorer kan användas överallt där det uppstår spillvärme, till exempel i industriella processer eller i bostadshus.

Ett lovande tillämpningsområde är att omvandla spillvärmen från bilarnas avgaser till el, eftersom termoelektriska generatorer är enkla och inte kräver stort utrymme. De skulle enkelt kunna fästats i bilen för att öka effektiviteten och minska bränsleförbrukningen.

Termoelektriska tillämpningar finns redan ute på marknaden i viss utsträckning. I till exempel kylväskor fungerar elementet som kylare och i klockor och rymdapplikationer producerar det ström så att inga batterier behövs.

I Aalto-universitetets oorganiska kemilaboratorium har en forskningsgrupp som leds av akademiprofessor Maarit Karppinen framför allt intresserat sig för termoelektriska oxidmaterial. Materialen tros ha en viktig betydelse för framtidens hållbara energiteknologi. De är miljövänliga och producerar inte växthusgaser.

Man strävar också efter att hitta de bästa möjliga termoelektriska materialen och anpassa deras kemiska sammansättning och kristallstruktur för att uppnå maximal kapacitet. Siktet är framförallt inställt på oxider som innehåller tenn eller zink samt tillämpningar som fungerar i temperaturer under 200 grader.

I dagens lösningar använder man ofta legeringar som innehåller tellur och som är skadliga för miljön. Gruppens mål är att utveckla nya element där man inte använder tellur och som har bättre egenskaper än element som innehåller tellur.

En utmaning är även att förbättra elementens verkningsgrad då den är låg i de nuvarande tillämpningarna, högst cirka tio procent. Verkningsgraden kan förbättras genom maximering av materialets elektriska ledningsförmåga och termoelektriska egenskaper samt minimering av dess värmeledningsförmåga. Alla egenskaper kan dock inte förbättras samtidigt och därför kommer slutresultatet att vara en kompromiss.

Termoelektriska oxidmaterial framställs i laboratoriet med den ALD-teknik som används vid tillverkningen av halvledare inom elektronikindustrin. I projektet har man för avsikt att även utnyttja metoden för elektronisk sintring som patenterades av VTT år 2005 och som gör det möjligt att pressa generatorer från rulle till rulle med en vanlig tryckpress.

Forskningen om termoelektriska oxidmaterial inleddes år 2009 på Aalto-universitetet. Två forskare ägnar sig åt projektet som finansieras av Tekes och Finlands Akademi. Tommi Tynell utvecklar tunnfilm av zinkoxid och Janne-Petteri Niemelä tunnfilm av titanoxid. I projektet deltar dessutom VTT, Helsingfors stad och flera företag. Projektet ingår också i ett betydelsefullt forskarutbyte med det japanska universitetet Nagoya.

Professor Maarit Karppinen
Aalto-universitetet
Högskolan för kemiteknik
Institutionen för kemi
Tfn 470 22600
maarit.karppinen [at] tkk [dot] fi

Tillbaka