Примерное время чтения: 4 минуты
338

Зарядить мобильник от комнатной батареи? Ученые создали уникальный прибор

Еженедельник "Аргументы и Факты" № 45. Аргументы и факты - Петербург 10/11/2021
Установка магнетронного напыления, в которой выполняется один из этапов производства термоэлектрического генератора.
Установка магнетронного напыления, в которой выполняется один из этапов производства термоэлектрического генератора. Пресс-служба СПбПУ

Вскоре, чтобы зарядить мобильный телефон или планшет, розетка не понадобится – достаточно «подключиться» к обычной батарее центрального отопления. Сделать это можно будет с помощью термоэлектрического генератора нового поколения, который разработали ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

О новом изобретении «АиФ-Петербург» рассказала кандидат физико-математических наук, директор одного из подразделений НЦМУ «Передовые цифровые технологии» СПбПУ Ольга Квашенкина.

Как это работает?

«Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно большой (это тысячи сплавов и соединений), но лишь немногие из них могут использоваться для преобразования тепловой энергии. На протяжении длительного времени наша рабочая группа изучала всевозможные углеродные структуры, смотрела, каким образом на них влияют разные внешние факторы: тепло, инфракрасный свет и другие. Идея создать на основе этих структур прибор, который будет переводить тепловую энергию в электрическую, возникла еще 7 лет назад. Но разработка оставалась на уровне идеи, пока полтора года назад не появился индустриальный заказчик, который был готов профинансировать проект – его научно-исследовательскую часть и опытно-конструкторские работы. Так мы получили термоэлектрический генератор нового поколения. Как он работает?

У устройства есть две основные части. Первая часть – углеродный нанокомпозит, довольно сложная искусственная структура, состоящая из различных модификаций углерода. Это и есть та самая рабочая лошадка, которая переводит тепло в электричество. Структура нагревается от тепла, внутри нее происходят определенного рода квантовые явления, которые провоцируют выработку электронов. Чтобы из электронов получить электрический ток, нам нужно направить их движение в строго определенную сторону. Здесь подключается вторая часть прибора – базовая основа, в которую и заключен нанокомпозит. Она способствует тому, что вырабатываемый электрический ток имеет направленное действие и может быть полезным для применения. Например, для зарядки бытовых приборов: мобильных телефонов, электронных часов, светильников, систем полива комнатных растений и тому подобных девайсов».

Недорого и эффективно

«Устройство отличается высоким КПД (коэффициент полезного действия) по сравнению с имеющимися на рынке аналогами. Так, для выработки тока, достаточного для зарядки бытовых приборов, хватает нагрева от системы центрального отопления. Термоэлектрический генератор можно установить около батареи или вмонтировать в систему отопления. И это совершенно безопасно. В дальнейшей перспективе мы будем стремиться к формату портативных термоэлектрических зарядок для мобильных телефонов. Для этого за счет дизайнерских решений придется увеличить размер устройства для удобства пользователей. Ведь сейчас в сборке оно составляет всего 5 на 2 мм. Еще одно из преимуществ нашего генератора – себестоимость, которая в 10 раз ниже существующей сегодня на рынке.

Сейчас проект находится на стадии реализации в «железе». В промышленное производство продукт будет внедрен уже к концу 2021 года. Его могут использовать, например, для мониторинга состояния турбинного двигателя. Термоэлектрический генератор помещают на его поверхность, которая может нагреваться до 1500 градусов, и это тепло, переходя в электрическую энергию, будет питать датчики, предназначенные для мониторинга состояния систем самого двигателя. Кроме того, термоэлектрические генераторы сегодня активно внедряют в автомобильном производстве и космической отрасли.

К зиме 2023 года мы рассчитываем вывести на рынок термоэлектрические генераторы и для бытовых нужд. Заказчик уже есть, инновационный процесс запущен».

«Умная фольга»

«Пример успешной реализации инноваций, в том числе и на международном уровне, у команды научно-технического центра есть. Так, в 2016 году петербургские ученые разработали «умную фольгу» (Smart Foil) – технологию сверхбыстрой холодной пайки. Материал состоит из тысяч нанослоев различных металлов, которые могут взаимодействовать друг с другом в ходе высокоскоростной реакции с выделением большого количества энергии в виде тепла. При такой реакции «умная фольга» за доли секунды нагревается до 1500 градусов, а затем быстро остывает, скрепляя элементы. Это значительно ускоряет производство и уменьшает себестоимость продукции. Там, где на ручную пайку уходит 3-7 минут, на пайку в печи – 7-15, «умная фольга» справляется за доли секунды. При этом процесс нагрева-охлаждения «умной фольги» настолько быстрый, что тепло не успевает распространиться в скрепляемые элементы и нанести им какой-то вред. Технологией тут же заинтересовались китайские производители электроники, в 2017 году был подписан многомиллионный контракт. И сегодня можно купить выпущенные в Поднебесной колонки, электронные часы и всевозможные гаджеты, в производстве которых использовалась петербургская Smart Foil. В России «умную фольгу» применяют при производстве электрооборудования и, в частности, антенн и передатчиков.

На основе «умной фольги» был разработан новый недорогой конструкционный материал. Инновационная конструкция представляет собой «сэндвич», состоящий из двух листов алюминия и расположенных между ними металлических шестигранных ячеек в форме сот. Материал можно использовать как для строительства космических аппаратов, так и для быстрого возведения госпиталей, в том числе ковидных».

Оцените материал
Оставить комментарий (0)

Также вам может быть интересно


Топ 5


Самое интересное в регионах