تبدیل گرمای تلف شده به انرژی پاک

در حال حاضر ژنراتورهای ترموالکتریکی بسیار کمیاب هستند و برای اهداف خاصی مانند ماموریت‌های فضایی کاربرد دارند. تاکنون تبدیل گرما به توان الکتریکی گران‌تر از تولید الکتریسیته با استفاده از روش‌های متداول بوده است.

اکنون محققان دانشگاه تگزاس در حال توسعه یک راهکار جدید به منظور جذب گرمای تلف شده با استفاده از حرکات مکانیک کوانتومی الکترون‌ها در مواد دارای قطبش اسپینی هستند.

به اعتقاد محققان اکسیدهای کبالت که در صنایع سرامیک و تصفیه آب کاربرد دارند، گزینه مناسبی برای جذب موثر گرمای تلف شده و تبدیل آن به الکتریسیته هستند، زیرا قابلیت منحصربه فردی در پذیرش کاتیون‌های فلزی دارند. این قابلیت امکان اکسید شدن آن‌ها را در ترکیب با نیکل، مس، منگنز یا روی فراهم می‌کند. این فلزات دارای خواص مغناطیسی هستند که تفکیک الکترون‌های دارای اسپین بالا و پایین را تسهیل کرده و فرآیند تبدیل گرما به الکتریسیته را بهبود می‌بخشند.

در این تحقیقات سلول‌های واحد ۵۶ اتمی با سه ساختار متفاوت از اکسید کبالت با جایگزینی کاتیون‌های نیکل و روی بهینه‌سازی شدند تا بالاترین کارآیی ترموالکتریکی را به دست آورند. برای این منظور محققان از یک بسته نرم‌افزاری موسوم به Quantum ESPRESSO بهره گرفتند تا بتوانند خصوصیات فیزیکی هریک از ساختارها را محاسبه کنند.

سپس این خصوصیات برای محاسبه فرآیند انتقال بار الکتریکی و اسپین مورد استفاده قرا می‌گیرند تا مشخص شود هریک از ساختارهای مورد بررسی اکسید کبالت تا چه میزان قادر است گرما را به الکتریسیته تبدیل کند.