Розробка нових принципів прямого перетворення хімічної енергії в електричну на основі нанорозмірних гетероструктур та нанодіодів Шотткі

ДВНЗ "ПДТУ" > Прес-центр > Розробка нових принципів прямого перетворення хімічної енергії в електричну на основі нанорозмірних гетероструктур та нанодіодів Шотткі
 Переклади:
  • Українська
118

(науковий керівник – д-р фіз.- мат. наук, проф. Гранкін В.П.)

 

Основні напрями фундаментального дослідження: 1) створення наукових основ і принципів побудови хемогенераторів струму, у яких відбувається пряме перетворення хімічної енергії в електричну та в яких реакція окислення водню протікає безпосередньо на поверхні каталізатору, а енергія гетерогенної хімічної реакції перетворюється в електронне збудження твердого тіла та хемоелектрорушійну силу (хемоЕРС), а також 2) розробка принципів побудови для хемогенераторів струму ефективних каталізаторів реакції окислення водню нового покоління на основі наноструктур: “інтелектуальних” каталізаторів із розподіленими функціями наноділянок, відповідальних за активацію елементарних стадій реакцій та акомодацію енергії реакції за фононним та за електронним каналами.

Відкрито закон, що описує вірогідність електронного збудження кристала енергією хімічної реакції на поверхні. Встановлено, що вірогідність електронного збудження в реакції експоненційно зростає зі зменшенням енергії електронного переходу в твердому тілі. Знайдено спосіб і розраховано ефективність адіабатичного хемо-електронного перетворення енергії в гетероструктурах для водневої енергетики на основі нанодіодів Шотткі, які вказують на необхідність зменшення висоти бар’єру Шотткі φ. З іншого боку, це призведе до зменшення хемо-ЕРС, а значить ККД і необхідно відшукання гетероструктур з оптимальними параметрами.

Перспективними можуть стати напівпровідникові гетероструктури, так як в них, на відміну від металів, немає розсіювання енергії хімічної реакції на генерацію низькоенергетичних гарячих електронів, що підвищує теоретично передбачену величину ККД хемогенераторів з прямим перетворенням хімічної енергії в електричну. Однак поверхня таких гетероструктур повинна каталізувати реакцію окислення водню (наприклад, як Pd або Pt).

Вперше  у світі встановлено, що ККД перетворення хімічної енергії в електричну за допомогою діодів Шотткі може досягати декількох десятків відсотків. Знайдено, що максимально можливий ККД хемогенераторов струму на діоді Шотткі може досягати 36,8%. Це можна порівняти з теоретичною ефективністю фотоелектричних перетворювачів в сонячній енергетиці. Генерація струму в діоді Шотткі, на поверхні якого протікає гетерогенна хімічна реакція окислення водню, показує на можливість використання таких структур для побудови пристроїв для прямого перетворення енергії хімічної реакції в електричну. Створюючи наноструктури потрібної конфігурації, можна керувати ККД хемогенераторів струму в водневої енергетиці. Отримані в роботі результати вказують напрямок досліджень для побудови високоефективних хемогенераторів струму для водневої енергетики на основі нанодіодів Шотткі і гетероструктур. Спочатку планується, що вони будуть використані для побудови й виробництва переносних автономних джерел живлення для електронної апаратури і компактних зарядних пристроїв для приладів мікроелектроніки (мобільні телефони, планшети, ноутбуки та ін.), аналогічних пристроям на сонячних елементах, але які можуть працювати в будь-яку погоду.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter або це повідомлення.
Науково-дослідний інститут Прикладних інформаційних технологій Нова пошта Маріупольська міська рада Міністерство освіти і науки України ERASMUS+

Повідомити про помилку