Група вчених з Інституту науки Токіо, Японія, знайшла спосіб ефективніше перетворювати тепло на електрику за допомогою квантових технологій. Пристрої, що збирають енергію з навколишнього середовища, потенційно здатні значно підвищити ефективність електроніки та промислових процесів. Процес і результати дослідження команда описала в статті, опублікованій у науковому виданні Communications Physics 30 вересня.

Які пристрої виділяють тепло?

Зараз люди постійно використовують безліч пристроїв, які виділяють тепло: смартфони, комп’ютери, навушники, планшети, принтери, верстати на заводах тощо. Технології збору енергії дають змогу перетворювати її на корисну електроенергію, знижуючи нашу залежність від інших джерел.

Які обмеження традиційних методів збору енергії?

Традиційні методи збору енергії обмежені законами термодинаміки, які накладають фізичні обмеження на ефективність перетворення тепла, зберігаючи баланс у співвідношенні електроенергії, що виробляється, і тепла. Це співвідношення відоме як ККД Карно. Є ще ККД Керзона-Альборна, що являє собою ККД перетворення тепла за умови одержання максимальної електричної потужності, що обмежує кількість корисної енергії, яку можна витягти з тепла, що відходить.

Команда японських учених знайшла спосіб обійти цю перешкоду. Вона представила новий метод збору енергії, що використовує унікальні квантові стани для досягнення високої ефективності. Замість традиційних теплових станів дослідники використовували властивості нетеплової рідини Томонагі-Латтинжера (TL). Це особливий тип одновимірної електронної системи, яка через свою квантову природу зберігає високоенергетичний стан, а не рівномірно розподіляє енергію, як у звичайних системах.

Під час експерименту вчені помістили пристрій під назвою квантовий точковий транзистор у термоелектричну рідину. Тепло переносилося на кілька мікрометрів у тепловий двигун на квантових точках — мікроскопічний пристрій, що перетворює тепло на електрику за допомогою квантових ефектів. Перетворення тепла в енергію відбувалося набагато краще, ніж у традиційних системах.

Раніше писали про створення алмазно-титанового генератора енергії. Він може виробляти електрику, використовуючи рух рідин, таких як кров. Повідомляли також, що новий матеріал поліпшить виробництво електрики від руху. Гнучка та легка плівка може збирати енергію рухів людини.