თერმოელექტრული კონსერვაციით შესაძლებელია დახარჯული სითბოს ელექტრობაში კონვერტირება, ამგვარად ენერგიის კონსერვაცია და თავიდან გამოყენება. ბაზარზე ხელმისაწვდომი თერმოელექტრული კონსერვაციის ხელსაწყოები იშვიათი მეტალებისგანაა დამზადებული. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მეთოდი საკმაოდ ეფექტიანია, ის ძალიან ძვირია და უმეტეს შემთხვევებში, იყენებს ტოქსიკურ ნივთიერებებს. ამ ორმა ფაქტორმა განაპირობა ის, რომ დღეს ამ ხელსაწყოს გამოყენება ლიმიტირებულია. ამის ერთ-ერთი ალტერნატივა კი შეიძლება, იყოს ოქსიდზე დაფუძნებული თერმოელექტრული ნაწილები. თუმცა, აქამდე არ იყო შექმნილი მოდელი, რომელიც მაღალ ტემპერატურაზეც იქნებოდა ეფექტიანი და სტაბილური.

ჰოკაიდოს უნივერსიტეტის ელექტრული მეცნიერების კვლევითი ინსტიტუტის გუნდმა პროფესორ ჰიროშიმა ოჰტას ხელმძღვანელობით შექმნა ბარიუმის კობალტის ოქსიდზე დაფუძნებული თერმოელექტრული ხელსაწყო, რომელიც 600°C-ზეც ინარჩუნებს სტაბილურობასა და ეფექტურობას.

ამ შემთხვევაში, თერმოელექტრული კონვერსიის საფუძველში ზიბეკის ეფექტი დევს: როდესაც გამტარში არის ტემპერატურული სხვაობა, წამოიქმნება ელექტრული დენი. თუმცა, ამ კონვერსიის ეფექტურობა დამოკიდებულია ცვლადზე, რომელსაც ZT-თი აღნიშნავენ [Thermoelectric figure of merit ZT]. ეს სიდიდე დამოკიდებულია ელექტრობის გამტარობაზე, თერმულ გამტარობაზე და ზიბეკის კოეფიციენტზე, რომელიც ტემპერატურასთან ერთად იცვლება.

ისტორიულად, ოქსიდზე დაფუძნებულ მაკონვერტირებელ ხელსაწყოებს დაბალი ZT ჰქონდათ, მაგრამ, უკანასკნელი კვლევებით, უამრავი მოდელი მიიღეს, რომლებსაც ZT-ს მაღალი მაჩვენებელი აქვთ, მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე მათი სტაბილურობა არაა სათანადოდ დოკუმენტირებული.

ჰიროშიმას გუნდი თითქმის ორი ათწლეულია, რაც ფენოვანი კობალტის ოქსიდის ნიმუშებზე მუშაობს. საკუთარ კვლევაში გუნდს სურდა, შეემოწმებინა მაღალ ტემპერატურაზე ამ ნიმუშების თერმული და ქიმიური სტაბილურობა და მათი ZT მაჩვენებელი. მათ გამოსცადეს კობალტის ოქსიდის ნიმუშები ფენად დასმული სოდიუმთან, კალციუმთან, სტრონტინიუმთან ან ბარიუმთან და ასე გააანალიზეს მათი სტრუქტურა, თერმული გამტარიანობა და სხვა სიდიდეები.

(მარცხვნივ) ოთხივე კობალტის ოქსიდის ZT ტემპერატურასთან ერთად იზრდება. ბარიუმის კობალტის ოქსიდს (წითელი უჯრები) ყველაზე მაღალი ZT აქვს და 600°C-ზე ~0.55-ს აღწევს. (მარჯვნივ) 600°C-ზე ბარიუმის კობალტის ოქსიდის ZT შედარებულია კომერციულად ხელმისაწვდომი თერმოელექტრული ხელსაწყოების ZT-თან.

ფოტო: Xi Zhang, Yuqiao Zhang, et al. ACS Applied Materials & Interfaces.

მათ აღმოაჩინეს, რომ ოთხი ვარიანტიდან ბარიუმის კობალტის ოქსიდის ფენამ შეინარჩუნა სტაბილურობა 600°C-ზე. შედარებისთვის, სოდიუმისა და კალციუმის ოქსიდების ფენები მხოლოდ 350°C-ზე იყვნენ გამძლენი, სტრონტინიუმის კობალტის ოქსიდი კი — 450°C-მდე. ბარიუმის კობალტის ოქსიდის ZT ტემპერატურასთან ერთად იზრდებოდა და 600°C-ზე ~0.55-ს მიაღწია.

"ჩვენმა კვლევამ აჩვენა, რომ ბარიუმის კობალტის ოქსიდის ფენები საუკეთესო კანდიდატია მაღალი ტემპერატურის თერმოელექტრული ხელსაწყოების დასამზადებლად," — ამბობს ოტჰა. "ამას გარდა, ისინი ეკოლოგიურად სუფთაა, რაც მათ გამოყენებას ფართო გასაქანს აძლევს."