W działającym przy Uniwersytecie w Surrey ośrodku badawczym ATI (Advanced Technology Institute) opracowano nową technologię otrzymywania materiałów termoelektrycznych, która może uprościć i upowszechnić wytwarzanie energii elektrycznej z ciepła odpadowego, będącego efektem ubocznym pracy maszyn i procesów przemysłowych.
Mimo że już blisko dwieście lat temu znane były podstawowe zjawiska, leżące u podstaw efektu termoelektrycznego, dopiero w XXI wieku nastąpił przełom technologiczny, otwierający drogę do bardziej praktycznych zastosowań. Był on związany z odkryciem supersieci, która zwiększyła przepływ nośników elektrycznych, a jednocześnie zmniejszyła przepływ ciepła, co pozwoliło na osiągnięcie dwa i pół razy lepszej wydajności niż osiągana w zwykłym złączu półprzewodnikowym p-n.
Jednak cały czas problemem pozostaje charakter stosowanych materiałów, głównie chalkogenków, które są sztywne i kruche, a zarazem toksyczne i kosztowne. Ich recykling także jest utrudniony.
Tymczasem organiczne odpowiedniki, takie jak na przykład PEDOT:PSS – poli(3,4-etylenodioksytiofen):sulfonian polistyrenu – są elastyczne, nieszkodliwe i tanie. Łatwo poddają się także przetwórstwu i recyklingowi. Ich wydajność jest jednak o trzy rzędy wielkości mniejsza od nieorganicznych tellurków.
Zaproponowane przez naukowców z ATI rozwiązanie zakłada budowę metalowo-polimerowej supersieci o wydajności dwa rzędy wielkości wyższej od litego PEDOT:PSS i tylko półtora raza mniejszej od tellurków. Domieszki żelaza i chromu umożliwiają nadawanie elementom supersieci różnych typów półprzewodnictwa, związanych z dyfuzją elektronów lub dziur.
Perspektywa budowy wielkogabarytowych instalacji termoelektrycznych w celu odzysku ciepła odpadowego i jego zamiany na energię elektryczną jest o tyle atrakcyjna, że w skali globalnej nawet 80% zużytej energii jest tracone w postaci ciepła. Prezentowane rozwiązanie stanowi ważny krok w kierunku zagospodarowania tej energii na większą skalę niż było to dotąd możliwe.
surrey.ac.uk
J.G.Neil et al.: Sustainable Framework for Thermoelectric Inorganic-In-Organic Superlattices With High Power Factor and Selective P- or N-Type Doping, Advanced Energy and Sustainability Research, 2026, 7, e202500479
