Pár nappal ezelőtt már írtunk róla, hogy a napi hőmérséklet ingadozása lehetőséget teremt áramfejlesztésre.

Ez egy újabb lehetőség, de mégis más. Természetesen ez sem képes arra, hogy Magyarország áramfogyasztását számottevő mértékben alapozni lehessen rá. De gondolatnak nem rossz, hogy a termoelektromos anyagok hőkülönbségét kihasználva jussunk áramhoz. Állítólag egy olcsó és környezetbarát mód, hogy egy normál ceruza, fénymásolópapír és vezetőképes festék elegendő ahhoz, hogy a hőmérséklet-különbséget villamos energiává alakítsuk a termoelektromos hatás révén.

A termoelektromos hatás nem új – csaknem 200 évvel ezelőtt (1821) fedezte fel  Thomas J. Seebeck. Ha két különböző fémet hoznak össze, akkor elektromos feszültség alakulhat ki, ha az egyik fém melegebb a másiknál. Ez az úgynevezett Seebeck-hatás lehetővé teszi, hogy a maradék hő részlegesen elektromos energiává alakuljon. A maradék hő csaknem minden technológiai és természetes folyamat mellékterméke. Így az erőműveké vagy minden háztartási készüléké, sőt még az emberi testé is. Ez a világ egyik legnagyobb kihasználatlan energiaforrása, ami most az érdeklődés középpontjába került.

Sajnálatos módon ez az effektus rendkívül kevés a hagyományos fémeknél. Ez azért van így, mert a fémek nemcsak magas elektromos vezetőképességűek, hanem magas hővezető képességgel is rendelkeznek, így a hőmérsékletkülönbségek azonnal eltűnnek. Ám a termoelektromos anyagoknak alacsony vezetőképességük ellenére alacsony hővezető képességük van. Bizonyos technológiai alkalmazásokban már ma használják a szervetlen félvezető anyagokból, például a bizmut-telluridból készült termoelektromos eszközöket. Az ilyen anyagrendszerek azonban drágák, és használatuk csak bizonyos helyzetekben gazdaságos.

HB ceruza és kopolimer lakk

Egy csapat, amelyet Norbert Nickel professzor vezetett a HZB-nél (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie), kimutatta, hogy a hatás sokkal egyszerűbb. Egy normál HB-minőségű ceruzát használtak egy hagyományos fénymásolópapírral. Másik anyagként átlátszó, vezetőképes kopolimer festéket (PEDOT: PSS) alkalmaztak a felületre.

Arra derült fény, hogy a ceruza nyomai a papíron olyan feszültséget szolgáltatnak, amely összehasonlítható más, sokkal drágább nanokompozitokkal, amelyeket jelenleg rugalmas termoelektromos elemek használnak. A pedig feszültség tízszeresére nőtt azáltal, hogy az alumínium-szelenint adtak a ceruza grafitjához.

A rossz hőátadás magyarázata

A kutatók tanulmányozták a grafit és a kopolimer bevonófóliákat egy pásztázó elektronmikroszkóppal és spektroszkópos módszerekkel (Raman-szórás) és az eredmény számukra is nagyon meglepő volt. Nickel professzor szerint találtak egy magyarázatot arra, miért működik ilyen jól együtt a papíron levő ceruzabetét a rendezetlen grafitpelyhekkel, valamilyen grafénnel és agyaggal jellemezhető felületet képezve, miközben csak kis mértékben csökken az elektromos vezetőképesség.

A kutatók szerint ezek az egyszerű alkotóelemek a jövőben is felhasználhatók a termoelektromos alkatrészek nyomtatására rendkívül olcsó, környezetbarát és nem toxikus papírra. Az ilyen apró és rugalmas komponensek közvetlenül a testen is alkalmazhatók lesznek és így a testhő használható majd kis készülékek vagy érzékelők működtetéséhez.