WVU 연구실의 게임

Oct 02, 2023

WVU 연구원 Sergio Andres Paredes Navia, Cesar Octavio Romo de la Cruz, Liang Liang 및 Ellena Gemmen은 전자 현미경을 사용하여 폐기물의 상당 부분을 포착할 수 있을 만큼 효율적인 열전 발전기를 만들 수 있는 새로운 산화물 세라믹 재료의 나노 구조를 연구합니다. 발전소와 같은 산업 시스템이 방출하는 열. (제출된 사진)

웨스트 버지니아 대학의 연구원들은 화력 발전소가 대기로 방출하는 양을 획기적으로 줄일 수 있는 잠재력을 가진 재료를 설계했습니다.

Benjamin M. Statler 공과대학 광물자원공학과 교수 겸 George B. Berry 교수인 Xueyan Song이 이끄는 팀은 열전 발전기를 괴롭히는 오랜 효율성 문제를 해결하는 산화물 세라믹 재료를 개발했습니다. 이러한 장치는 발전소의 열 방출을 포함하여 지구 온난화에 기여하는 열로부터 전기를 생성할 수 있습니다.

송 팀이 생산한 획기적인 산화물 세라믹은 "불가능하다고 여겨졌던 최고 기록을 달성했다"고 그녀는 말했다. "우리는 지난 20년 동안 전 세계적으로 이 분야에서 보고된 최고의 열전 산화물 세라믹을 시연했으며 그 결과는 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 새로운 연구 방향을 열었습니다."

Cesar Octavio Romo de la Cruz, Yun Chen, Liang Liang 및 Sergio A. Paredes Navia는 국립 과학 재단 기금에서 639,784달러의 지원을 받아 연구에 기여했습니다. 연구 결과는 재생 가능 및 지속 가능한 에너지 리뷰(Renewable and Sustainable Energy Reviews)에 나와 있습니다.

산화물 세라믹은 도자기, 도자기, 점토 벽돌, 시멘트 및 실리콘과 같은 재료와 동일한 계열에 속하지만 다양한 금속 원소를 포함합니다. 단단하고 열과 부식에 강하며 공기 중 고온 응용 분야에 매우 적합합니다. 이는 열전 발전기 부품의 재료 역할을 할 수 있습니다.

그러나 산화물 세라믹은 여러 개의 연결된 결정으로 구성된 "다결정" 구조를 가지고 있습니다. 엔지니어들은 결정이 만나는 장소인 "결정립계"가 열전 발전기에 전력을 공급하는 전류와 전자 흐름을 차단하기 때문에 이러한 재료에 대한 대규모 열전 응용 분야에서 문제에 직면합니다.

송팀은 그 걸림돌을 디딤돌로 바꿨다.

박사후 연구원 Romo de la Cruz는 "우리는 의도적으로 '도펀트' 또는 금속 이온을 다결정 세라믹에 추가하여 특별한 종류의 도펀트가 결정립 경계로 분리되도록 했습니다."라고 말했습니다. "이것이 우리가 피할 수 없고 해로운 입자 경계를 전기 전도성 경로로 전환하여 열전 성능을 크게 향상시킨 방법입니다."

이 연구는 연료를 전력으로 변환하는 대부분의 작업에서 발생하는 부산물이자 기후 변화의 원인인 폐열 문제 증가에 대응합니다. 전구가 뜨거워지면 폐열이 방출됩니다. 즉, 빛을 생성하는 기본 작업에 기여하지 않는 비효율적인 추가 에너지입니다. 폐열은 발전소, 주택 난방 시스템, 자동차 등 다양한 시스템에 의해 대기로 방출되며, 이를 회수하는 시스템의 세계 시장이 2026년까지 700억 달러를 초과할 것으로 예상될 만큼 충분히 방출되고 있습니다.

Romo de la Cruz는 "열은 음식부터 금속, 전기까지 거의 모든 것을 만드는 데 사용됩니다."라고 설명했습니다. "그러나 이러한 공정 중에 생산된 에너지의 약 60%는 열의 형태로 환경에 비생산적으로 방출됩니다. 폐열 회수는 증가하는 전기 수요와 산업 공정의 탄소 발자국의 균형을 맞추는 데 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. 열전 산화물 우리와 같은 세라믹은 폐열을 전기로 변환하는 열전 발전기의 능력을 크게 향상시킴으로써 활용됩니다."

열전 발전기는 작동 및 유지 관리가 간단하기 때문에 부분적으로 폐열 회수를 위한 유망 기술입니다. 강력한 열전 발전기는 발전소 폐열의 상당 부분을 포착할 수 있습니다.