МИЭТ в партнерстве с НИТУ МИСИС приступил к масштабному проекту по созданию высокоэффективных термоэлектрических генераторов нового поколения. Работа ведётся при поддержке гранта Российского научного фонда в рамках программы памяти выдающегося ученого Евгения Павловича Велихова.
МИЭТ по праву считается ведущим университетом России в области термоэлектричества, обладая уникальными достижениями мирового уровня и многолетним опытом подготовки кадров высшей квалификации — от магистров до докторов наук. Сегодня этот потенциал сконцентрирован на решении стратегической задачи: создании автономных, необслуживаемых источников электроэнергии с ресурсом до 25 лет.
В России заложен колоссальный фундамент для того, чтобы оставаться мировым лидером в термоэлектричестве. Начало работ в этой области было положено ещё академиком А.Ф. Иоффе. Сегодняшний проект объединяет фундаментальную науку и прикладные задачи, позволяя воплотить идеи прямого преобразования энергии в надежные устройства, которые будут служить людям десятилетиями.
— отмечает Максим Штерн, профессор Института перспективных материалов и технологий.
Проект реализуется по Технологическому предложению Квалифицированного заказчика «НИЦ Курчатовский центр» и нацелен на разработку перспективных термоэлектрических материалов, термоэлементов и термоэлектрических батарей для атомных станций малой мощности (АСММ). Ключевая идея — прямое преобразование тепловой энергии в электрическую без движущихся частей, что открывает путь к принципиально новым системам энергоснабжения.
Научный вызов: преодоление барьера эффективности
В мире промышленно выпускаемые термоэлектрические устройства пока основаны на материалах с показателем термоэлектрической добротности ZT ≤ 1,0. Прорывная цель проекта — преодолеть этот барьер и создать материалы с ZT ≥ 1,0, что напрямую повысит коэффициент полезного действия генераторов. Исследования сфокусированы на источниках «бросового» тепла с температурой до 600 °C, однако особый акцент сделан на диапазоне порядка 300 °C, характерном для АСММ.
Принципиальное отличие проекта — его масштабность. Ученые охватывают всю цепочку: от синтеза полупроводниковых материалов до готовых термоэлектрических генераторов (ТЭГ). Для увеличения КПД планируется применить:
● Многосекционные ветви, где каждая секция состоит из материала, обладающего максимальной добротностью в своем рабочем температурном интервале.
● Многослойные контактные системы, слои которых оптимизированы для конкретных температур, что гарантирует надежность и долговечность устройств.
● Планарные и радиальные конструкции термоэлектрических батарей для различных компоновок.
Интеллектуальное ядро проекта
Научный коллектив НИЛ «Термоэлектрические материалы и системы» института Перспективных материалов и технологий (ПМТ) МИЭТ, работающий над проектом, объединяет 4 докторов наук, 5 кандидатов наук, 4 аспирантов и 10 студентов. Это команда ведущих разработчиков физико-технологических основ термоэлектричества с суммарным опытом исследований более 40 лет. За плечами ученых — свыше 180 публикаций в высокорейтинговых журналах, включая квартили Q1 и Q2, многочисленные международные конференции и ряд патентов, охватывающих технологии материалов, термоэлементов и термобатарей.
Итогом станет не только пополнение фундаментальных знаний, но и создание линейки эффективных термоэлементов, готовых к внедрению в промышленное производство.
Новизна полученных результатов будет подтверждена защитами диссертаций и публикациями в топовых научных изданиях.
Энергия для труднодоступных регионов и космоса
Практическая ценность разработки выходит далеко за пределы лабораторий. Высокоэффективные ТЭГ с длительным сроком службы позволят снабжать электроэнергией изолированные территории Крайнего Севера, объекты вдоль Северного морского пути и Дальнего Востока, куда затруднительно протянуть централизованные сети. В перспективе технологии найдут применение в атомных морских судах и космических аппаратах, включая миссии по исследованию дальнего космоса, работая в диапазонах температур вплоть до 1200 К.
Консорциум как вектор развития
Для координации усилий и вывода российских исследований на глобальный уровень на базе НИЦ «Курчатовский институт» создается Консорциум с участием НИУ МИЭТ и НИТУ МИСИС. Его миссия — реализация Стратегического плана «Развитие термоэлектричества в России», который консолидирует научно-исследовательскую, метрологическую, опытно-технологическую и образовательную базу. Это партнерство обеспечит внедрение результатов в реальный сектор экономики и укрепит технологический суверенитет страны.
Источник: Минобрнауки России
