کاربرد نانوذرات نقره در تولید انرژی با روش ترموالکتریک
گروهی از دانشمندان با استفاده از نانوذرات نقره، بازدهی تولید برق در ماده ترموالکتریک سرب-تلوریم، را تا مقدار 11 درصد افزایش دادند. مواد ترموالکتریک موادی هستند که حرارت را به برق تبدیل می‌کنند. به دلیل ظرفیت آنها در تولید انرژی پاک مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته‌اند. این مواد از حرارتی که از سمت گرمتر به سمت سردتر جریان دارد بهره گرفته و با تبدیل آن به برق انرژی تولید می‌کنند. این حرارت می‌تواند گرمای اتلافی نیروگاه‌ها یا فرایندهای صنعتی دیگر باشد. مواد ترموالکتریک متعددی طی دو دهه گذشته کشف شده است اما به دلیل بازدهی کم کاربرد آنها محدود است.
اکنون گروهی از دانشمندان با رهبری فیزیکدانان دانشگاه هوستن ماژول ترموالکتریک ساختند که در آن از نانوذرات نقره برای اتصال الکترودهای ماژول و لایه‌های فلزی استفاده شده است. ماده اتصال یا لحیم ماده‌ای است که برای اتصال قطعات ذوب و سپس منجمد می‌شود. لحیم باید نقطه ذوب بالاتری از دمای کاری دستگاه داشته باشد تا هنگامی که دستگاه کار می‌کند، پایدار بماند. اگر نقطه ذوب لحیم کمتر از دمای کاری مواد ترموالکتریک باشد لایه اتصال ذوب خواهد شد. از طرفی دیگر ماده لحیم نباید نقطه ذوب بسیار بالایی داشته باشد زیرا دمای بالا می‌تواند بر پایداری و عملکرد مواد ترموالکتریک طی لحیم‌کاری و ذوب لحیم تاثیر نامطلوب بگذارد. ماده لحیم ایده‌آل ماده‌ای است که دارای نقطه ذوبی پایین برای اتصال نقاط در ماژول باشد اما پس از اتصال به قدری در برابر حرارت مقاوم باشد که دماهای بالای کاری را تحمل کند و ذوب نشود.
نقره، عنصری با هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی است. همچنین نقطه ذوب آن در حالت بالک (به ذراتی با ابعاد بیشتر از 100 نانومتر در سه بعد را بالک می‌گویند) 962 درجه سانتی‌گراد است که می‌تواند در دماهای کاری بسیاری از مواد ترموالکتریک پایداری خود را حفظ کند. نکته قابل توجه آن است که نانوذرات نقره دارای نقطه ذوب به مراتب پایین‌تری هستند. نقطه ذوب آنها 400 تا 500 درجه سانتی‌گراد است که به مراتب کمتر از حالت بالک نقره است. دانشمندان از این ویژگی برای لحیم کردن قطعات ماژول با نانوذرات نقره بهره بردند. نانوذرات در مرحله اتصال قطعات ذوب شده و پس از سرد شدن نقره بالک با نقطه ذوب بالا قطعات را سر جای خود نگه می‌دارد.
آنها از این نانوذرات در ماژول پای سرب-تلوریم، که دمای کاری آن از 300 تا 550 درجه سانتی‌گراد است، استفاده کردند. بازدهی تولید برق تا مقدار 11 درصد افزایش یافت و تا 50 بار استفاده پایدار بود.
منبع:
Silver nanoparticles spark key advance in thermoelectricity for power generation (2023,May 1) retrieved 3 May 2023 from
https://phys.org/news/2023-05-silver-nanoparticles-key-advance-thermoelectricity.html
