Российские ученые научили термоэлектрический генератор работать круглосуточно
Российские ученые вместе со специалистами из Китая и Португалии разработали термоэлектрический генератор, который может функционировать и днем, и ночью. Устройство может быть использовано для автономного питания маломощной электроники и распределенных сенсорных сетей.
Термоэлектрический генератор, который представили ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и их китайские и португальские коллеги, помогает устранить один из ключевых недостатков подобных устройств.
Термоэлектрические генераторы используют эффект Зеебека: за счет разницы температур между двумя сторонами устройства возникает электрический ток. Но для того, чтобы оно работало, этот перепад нужно поддерживать постоянно, что требует дополнительных затрат энергии. Например, в теплоэнергетике датчики, питающиеся от таких генераторов, используют разницу температур между окружающим воздухом и паро- или теплопроводами. Однако, если речь идет об устройствах, работающих на открытом воздухе, максимальная производительность возможна только днем, когда одна из рабочих поверхностей нагревается солнцем, а вторая находится в тени.
Ученые решили проблему оригинальным способом. Первая рабочая поверхность изготовлена из кремния со сложной микроструктурой, которая поглощает до 95% солнечного света и сильно нагревается. Вторая рабочая поверхность из диоксида кремния обладает противоположными свойствами – плохо поглощает солнечный свет, но хорошо рассеивает тепло в окружающее пространство. В результате экспериментов выяснилось, что лучше всего устройство работает летом, а минимальные показатели выдает зимой. При этом выработка электроэнергии не прекращается и ночью за счет охлаждения одной из поверхностей.
Питание для ИТ-устройств
Как отмечают ученые, технология может быть использована для дальнейшей разработки термоэлектрических устройств нового поколения, которые наиболее эффективно применять для питания автономных датчиков и малой электроники там, где нет возможности получать энергию без дополнительных систем охлаждения и внешнего питания.
Наиболее перспективно использование таких термоэлектрических генераторов для питания распределенных датчиков и IoT-устройств. Это могут быть автономные сенсоры в системах «умного» города, экологического и коммунального мониторинга, расположенные на удаленных и труднодоступных объектах.
При этом необходимо учитывать и тот факт, что пока технология не вышла за пределы лабораторий. Ее необходимо протестировать в реальных условиях, определить долговечность микроструктурированных поверхностей и их устойчивость к воздействию внешних факторов. Если надежность устройств будет доказана, то ученые могут рассчитывать на привлечение серьезных инвестиций для их коммерческого внедрения.
Энергия из воздуха: тренд в последних лет
Разработка ДВФУ и ДВО РАН следует глобальному мировому тренду. Сейчас исследователи пытаются повысить КПД термоэлектрических источников, сделать их эффективнее и долговечнее.
В 2023 году российские ученые Национального исследовательского университета МИЭТ, используя технологию трафаретной печати, изготовили гибкий термоэлектрический генератор. Он может преобразовывать в электроэнергию тепло человеческого тела или практически любых механизмов.
В июне 2026 года МИЭТ и МИСИС начали реализацию проекта по созданию термоэлектрических генераторов нового поколения. Он изначально ориентирован на промышленное внедрение разработок институтов.
От лаборатории к IoT-сетям
Один из основных результатов работы ученых ДВФУ и ДВО РАН – не мощность термоэлектрического генератора или его КПД. Это наглядная демонстрации возможности обеспечить его работоспособность за счет естественных процессов в любое время суток без дополнительного нагрева или охлаждения.
Для ИТ-отрасли это означает возможность создавать новые датчики, которые не нуждаются в регулярной замене батарей или установке связки солнечная батарея-аккумулятор. При этом Россия демонстрирует возможность разработки новых технологий, которые имеют потенциал для развития как внутри страны, так и за ее пределами путем создания совместных производств с иностранными партнерами.
