Semikonduktor organik yang dapat membantu menghasilkan listrik dari panas limbah industri dan perumahan
Green Tech

Semikonduktor organik yang dapat membantu menghasilkan listrik dari panas limbah industri dan perumahan


Tim yang dipimpin KAUST telah mengembangkan semikonduktor organik yang dapat membantu menghasilkan listrik dari limbah panas yang dikeluarkan oleh proses industri dan rumah. Kredit: Morgan Bennett Smith

Bahan organik elektronik menawarkan janji untuk mendukung sumber energi alternatif dan hijau untuk memenuhi permintaan energi global yang meningkat dan peraturan lingkungan yang ketat. Tim yang dipimpin KAUST sekarang telah mengembangkan pengangkut elektron, yang disebut semikonduktor organik tipe-n yang dapat membantu menghasilkan listrik dari limbah panas yang dilepaskan oleh proses industri dan rumah.

Generator termoelektrik yang dapat mengubah perubahan suhu atau gradien menjadi listrik sangat cocok untuk memanfaatkan limbah panas. Perangkat yang mudah diskalakan ini ramah lingkungan dan tidak memiliki bagian yang bergerak, yang membuatnya tahan terhadap keausan. Efisiensi mereka dalam konversi energi bergantung pada meminimalkan konduktivitas termal komponennya sambil memaksimalkan konduktivitas listrik dan koefisien Seebeck, ukuran langsung dari kemampuannya untuk menghasilkan arus termoelektrik.

Inti dari generator termoelektrik adalah dua bahan yang berbeda secara elektronik, semikonduktor tipe-n dan semikonduktor pengangkut lubang (atau tipe-p), yang digabungkan di ujungnya untuk membentuk sirkuit. Oleh karena itu, efisiensi konversi generator bergantung pada kedua jenis semikonduktor yang memberikan kinerja optimal.

Bahan termoelektrik organik baru-baru ini muncul karena lebih mudah untuk diproses dan tidak terlalu beracun daripada bahan anorganik konvensional yang lebih murah dan lebih banyak jumlahnya. Material baru ini juga memberikan konduktivitas termal yang lebih rendah, tetapi kinerja termoelektriknya tetap tidak memadai. Biasanya, semikonduktor organik tipe-n yang didoping tidak stabil dalam kondisi ambien dan menampilkan konduktivitas listrik yang lebih rendah daripada padanan tipe-p mereka, yang telah diselidiki secara luas.

“Satu tantangan penting adalah menemukan bahan organik tipe-n dengan kinerja yang sebanding dengan semikonduktor tipe-p terbaik,” kata ilmuwan penelitian, Hu Chen, yang memimpin penelitian dalam kelompok penelitian Iain McCulloch.

Tim KAUST merancang pendekatan sistematis untuk mensintesis semikonduktor organik tipe-n doped yang stabil udara dengan kinerja termoelektrik tinggi. Monomer terdiri dari amida siklik, atau laktam, yang menyatu dengan inti naftalena dan antrasena, menghasilkan polimer terkonjugasi kaku dengan polimerisasi asam-katalis bebas logam yang tidak beracun. “Tidak ada kebebasan rotasi di sepanjang tulang punggung, yang mengurangi gangguan energi dan selanjutnya meningkatkan konduktivitas listrik,” kata McCulloch.

Dalam desain ini, gugus laktam penarik elektron menghasilkan tulang punggung yang sangat kekurangan elektron, menstabilkan polimer dalam kondisi lingkungan. Selain itu, inti yang lebih kecil menghasilkan afinitas elektron yang lebih besar dan, akibatnya, kinerja termoelektrik yang lebih baik dalam polimer, “yang belum pernah ditunjukkan secara mencolok sebelum pekerjaan ini,” kata McCulloch. Chen menjelaskan bahwa inti yang lebih besar memiliki kerapatan yang lebih rendah dari gugus penarik elektron, yang secara kumulatif menurunkan afinitas elektron.

Polimer stabil udara ini memiliki potensi komersial yang baik. Tim tersebut sekarang berencana untuk mengembangkan proses yang dapat diskalakan untuk memungkinkan bahan-bahan ini diintegrasikan ke dalam generator termoelektrik.


Mengubah panas menjadi tenaga dengan bahan termoelektrik organik yang efisien


Informasi lebih lanjut:
Hu Chen dkk. Optimasi Ukuran Cincin Acene dalam Polimer Laktam Terpadu Mengaktifkan Kinerja Termoelektrik Organik Tipe-n Tinggi, Jurnal American Chemical Society (2020). DOI: 10.1021 / jacs.0c10365

Disediakan oleh Universitas Sains dan Teknologi Raja Abdullah

Kutipan: Semikonduktor organik yang dapat membantu menghasilkan listrik dari panas limbah industri dan perumahan (2021, 17 Maret) diambil pada 17 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-semiconductors-electricity-industrial-residential.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel