Language
Country/Area
No result found
Mengapa efek termoelektrik pada sebagian besar material tidak cukup kuat? Kebenaran terungkap!
Seiring dengan meningkatnya perhatian terhadap teknologi konversi energi dewasa ini, material termoelektrik telah menjadi fokus penelitian. Material ini dapat mengubah energi termal menjadi energi listrik dan sebaliknya, sehingga menawarkan aplikasi potensial dalam pemulihan energi dan sistem pendinginan. Akan tetapi, mengapa efek termoelektrik pada sebagian besar material masih belum memenuhi kebutuhan aplikasi praktis? Artikel ini akan mengungkap kebenaran, serta tantangan dan arah pengembangan material termoelektrik saat ini.
Efek termoelektrik mengacu pada fenomena di mana perbedaan suhu menghasilkan perbedaan potensial atau arus menghasilkan perbedaan suhu.
Konsep dasar efek termoelektrik
Efek termoelektrik mencakup tiga fenomena utama: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson. Penerapan ketiga efek ini sangat memperluas kemungkinan konversi energi. Akan tetapi, meskipun semua material memiliki efek termoelektrik yang bukan nol, efeknya terlalu kecil untuk sebagian besar material agar dapat digunakan dalam aplikasi praktis.
Keunggulan dan penggunaan material termoelektrik
Saat ini material termoelektrik yang paling umum digunakan adalah paduan berbahan dasar antimon telurida (Bi2Te3), yang unggul dalam aplikasi khusus seperti pendinginan dan pemulihan energi. Dengan penelitian mendalam tentang material termoelektrik, ditemukan bahwa material termoelektrik yang efisien perlu memiliki tiga kondisi dasar: konduktivitas listrik tinggi, konduktivitas termal rendah, dan koefisien Seebeck tinggi.
Tantangan efisiensi material: Kompromi antara konduktivitas termal dan konduktivitas listrik
Saat mengeksplorasi material termoelektrik, tantangan utama adalah persaingan antara konduktivitas listrik dan termal. Menurut hukum Widmann-Franz, peningkatan konduktivitas listrik biasanya disertai dengan peningkatan konduktivitas termal, yang mempersulit efek termoelektrik material untuk mencapai keadaan ideal. Penelitian saat ini berfokus pada cara mengoptimalkan sifat-sifat ini untuk meningkatkan nilai wajar termoelektrik (Z) material.
Untuk meningkatkan sifat termoelektrik material, para peneliti telah mengeksplorasi kemungkinan material baru seperti paduan, kristal kompleks, dan nanokomposit.
Efisiensi perangkat dan efek termoelektrik
Efisiensi perangkat termoelektrik bergantung pada sifat material pada suhu tertentu, termasuk konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan koefisien Seebeck. Pada perangkat yang sebenarnya, kombinasi material tipe-n dan tipe-p biasanya digunakan, yang selanjutnya meningkatkan kompleksitas sistem. Idealnya, sifat kedua material harus tetap stabil pada rentang suhu yang sama, tetapi ini sering kali tidak terjadi.
Faktor kualitas material termoelektrik
Faktor kualitas material mencerminkan potensi efisiensinya. Para peneliti mencoba meningkatkan efisiensi konversi termoelektrik dengan meningkatkan kerapatan keadaan elektron dan mengurangi konduktivitas termal kisi. Proses ini mengharuskan material berperilaku seperti kristal selama transmisi elektron dan seperti kaca selama transmisi fonon, sebuah konsep yang dikenal sebagai "kristal elektronik kaca fonon."
Arah penelitian di masa mendatang
Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, pengembangan material termoelektrik terus bergerak menuju material konvensional yang canggih dan sistem berdimensi rendah. Potensi material ini untuk mengurangi konduktivitas termal kisi menjadikannya kunci bagi sistem termoelektrik di masa mendatang. Dalam proses eksplorasi material baru, para ilmuwan juga akan mempertimbangkan cara mencapai efisiensi dan stabilitas yang lebih tinggi dalam berbagai kemungkinan aplikasi.
"Baik dari penelitian dasar atau tingkat aplikasi tertentu, potensi material termoelektrik masih layak untuk dieksplorasi lebih lanjut."
Meskipun material termoelektrik telah menunjukkan pentingnya dalam teknologi saat ini, material ini masih menghadapi banyak tantangan. Yang membuat orang penasaran adalah, dapatkah inovasi teknologi di masa mendatang menembus batasan ini dan meningkatkan kepraktisan dan keekonomisan material termoelektrik?
