Dit is niet de eerste keer dat 'transversale thermo-elektriciteit' is aangetoond, maar volgens de onderzoekers is het de eerste keer dat het een opmerkelijke efficiëntie vertoont.
Het werkt wanneer de interne structuur van de Re4Si7 kristal staat in een specifieke hoek ten opzichte van de warmtestroom, waardoor elektronen en gaten uit elkaar gaan en zich in tegengestelde richtingen haaks op de warmte voortbewegen - terwijl bij conventionele thermo-elektrische generatoren de dragers langs de warmtestroomas bewegen.
“Dit is de eerste keer dat is aangetoond dat dit soort apparaten haalbaar is”, zegt scheikundeprofessor Joshua Goldberger. “We hebben aangetoond dat deze materialen net zo effectief zijn als conventionele thermo-elektrische generatoren technologie, met efficiënties die ordes van grootte hoger zijn dan enig eerder transversaal apparaat. Dit middel is net zo goed als wat je in de handel kunt kopen.”
Twee jaar geleden ontdekte hetzelfde team onverwachte eigenschappen, in een andere verbinding, waardoor elektronen en gaten "langs iets konden lopen wat lijkt op een noord-zuid snelweg voor de ene lading en een oost-west snelweg voor de andere", aldus de onderzoekers. Universiteit.
Na die ontdekking kamden de onderzoekers door het onderzoek van andere wetenschappers die kristallen hadden gevonden die hetzelfde deden.
"We raakten hierin geïnteresseerd omdat we in eerste instantie niet wisten dat het kon bestaan", zei Goldberger. "Toen we erachter kwamen dat het zou kunnen bestaan, hebben we echt gepusht om deze materialen te vinden."
Nu hebben ze experimenteel 15 materialen met deze eigenschappen bevestigd, uit de meer dan 110,000 internationaal gecatalogiseerde kristalstructuren.
“Er waren er een paar ontdekt, maar geen enkele werd uitgebuit voor functionaliteit. Wat we hebben ontdekt, is dat we er echt iets mee kunnen doen”, zegt Wolfgang Windl, hoogleraar materiaalkunde in Ohio. "Het enige wat we hoeven te doen is draden aan één uiteinde te leggen en het kristal in een bepaalde richting te oriënteren en plotseling hebben we een stroomgenerator zonder bewegende delen."
Ohio State werkte samen met de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.
Het werk wordt behandeld in 'Highly efficient transverse thermoelectric devices with Re4Si7 crystals' gepubliceerd in Energy & Environmental Science.