Antimoon en lood versterken thermo-elektrisch effect

Thermo-elektrische terugwinning van energie verloopt veel efficiënter wanneer je de gebruikte lood-telluurlegering verrijkt met een snufje extra lood én een vleugje antimoon. Als je maar één van de twee toevoegt dan werkt het niet, melden onderzoekers van Northwestern University (VS) op de website van Angewandte Chemie.

Ze denken dat de efficiëntie van dergelijke thermo-elektrische materialen nu kan worden opgevoerd tot 11 à 14 procent. Tot nu toe was zes procent zo’n beetje de limiet. Het streven is om op 20 procent uit te komen. Dan wordt het bijvoorbeeld aantrekkelijk om dergelijke materialen rond de uitlaatpijp van een auto te monteren zodat je de thermische energie uit de uitlaatgassen kunt gebruiken om de accu op te laden. Geschat wordt dat het brandstofverbruik op die manier 5 à 10 procent omlaag kan.

Het thermo-elektrisch effect berust op temperatuurverschil. Stook je één uiteinde van een geschikt materiaal warm terwijl je het andere uiteinde koelt, dan komt een elektronenstroom van warm naar koud op gang. Die kun je aftappen en nuttig gebruiken.

Een goed thermo-elektrisch materiaal moet aan drie voorwaarden voldoen. De elektrische geleiding moet hoog zijn, de warmtegeleiding juist laag, en het materiaal moet bij een laag temperatuurverschil een hoog potentiaalverschil genereren. Lood-telluur komt aardig in de richting maar is niet optimaal.

Mercouri Kanatzidis en collega’s hebben nu min of meer per ongeluk ontdekt dat ‘nanodots’ van antimoon en lood de elektrische geleiding van de lood-telluurmatrix sterk verhogen, vooral bij temperaturen van meer dan 600 K. Bij stijgende temperatuur neemt de geleiding dan zelfs toe, terwijl je zou eigenlijk verwachten dat hij afneemt.

Eigenlijk hadden de onderzoekers verwacht dat de nanodots juist de thermische geleiding zouden beïnvloeden. Bij eerdere proeven met anders samengestelde nanodots hadden ze dat namelijk ook zien gebeuren. Waarom de combinatie van antimoon- en looddots alleen een elektrisch effec heeft, kunnen ze nog niet goed verklaren.

bron: Northwestern University