Tangerang Selatan – Humas BRIN. Desain Termoelektrik Berperforma Tinggi pada Material Berdimensi Rendah merujuk pada upaya untuk mengembangkan material termoelektrik (TE) yang memiliki kinerja atau efisiensi yang tinggi dalam mengkonversi panas menjadi energi listrik, khususnya pada material yang memiliki dimensi rendah seperti material berdimensi dua (2D) hal menarik ini dibahas pada webinar Ornamat seri ke 43 yang dilaksanakan pada Selasa (6/2) secara daring.
Edi Suprayoga dari Kelompok Riset Teori Materi Kuantum, Pusat Riset Kuantum, Organisasi Riset Nanoteknologi dan Material (ORNM), Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) menjelaskan prinsip riset termoelektrik. Termoelektrik adalah suatu teknologi yang berfokus pada konversi langsung panas menjadi energi listrik.
Prinsip dasar termoelektrik melibatkan perbedaan suhu yang digunakan untuk menggerakkan muatan listrik melalui material termoelektrik. “Untuk meningkatkan efisiensi dan performa termoelektrik (TE), penelitian berfokus pada material-material berdimensi rendah,” ungkapnya.
Edi menambahkan material dimensi rendah berarti material tersebut memiliki struktur dimensi rendah, seperti pada material dua dimensi (2D), yang memiliki ketebalan sekitar satu atau beberapa atom. “Material 2D terkenal karena memiliki sifat-sifat unik dan dapat menawarkan efisiensi yang tinggi dalam konversi panas menjadi listrik,” ucapnya.
Panas yang dihasilkan oleh mesin-mesin kendaraan dan industri seringkali terbuang percuma. Namun, panas tersebut dapat dikonversi menjadi energi listrik melalui material termoelektrik (TE). Edi memaparkan bahwa ketika terdapat perbedaan temperatur, muatan pembawa pada sisi panas material TE cenderung mengalami difusi ke sisi dingin, menghasilkan beda potensial listrik. Performa dan efisiensi TE diukur dengan besaran power factor (PF = S²σ) dan figure of merit (ZT = PF × T / κ).
Desain termoelektrik yang berperforma tinggi pada material berdimensi rendah melibatkan pemahaman mendalam tentang sifat-sifat termoelektrik material tersebut, termasuk koefisien Seebeck (S), konduktivitas listrik (σ), konduktivitas termal (κ), dan temperatur (T). Tujuan utamanya adalah mencari material yang memiliki nilai power factor (PF = S²σ) dan figure of merit (ZT = PF × T / κ) yang tinggi.
Selama lebih dari dua dekade, penelitian fokus pada material 2D berdimensi rendah untuk mencari PF tinggi. Namun, masih sulit mengidentifikasi material 2D yang baik karena adanya dua masalah utama: hubungan invers antara S dan σ, serta kontribusi elektronik dari κ sebanding dengan σ.
Edi menjabarkan bahwa kelompok risetnya berupaya mencari kandidat material TE berperforma tinggi, terutama pada material berdimensi rendah. Penelitian mereka pun berhasil menghasilkan model analitik untuk material termoelektrik. Mereka memperluas pengukuran dengan menambahkan model 3 band untuk melihat efek dos pada performa termoelektrik.
Dalam penelitian lainnya, Edi juga mengulas sifat termoelektrik pada material metal dan isolator. Hasil perhitungan numerik dengan menggunakan Quantum Espresso menunjukkan bahwa material berdimensi rendah memiliki performa tinggi, sedangkan konfigurasi spin dapat meningkatkan sifat termoelektrik pada material metal.
“Dengan mencapai desain termoelektrik berperforma tinggi pada material berdimensi rendah, kami berharap dapat meningkatkan efisiensi konversi energi panas menjadi listrik, yang dapat memiliki dampak positif dalam pengembangan teknologi energi yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan,” tutupnya. (esw/ed:adl)
Tautan:
