Fleksibelt termoelektrisk generatormodul:en sølvkugle til at løse problemer med spildenergi

Et team af forskere ledet af Osaka University udviklede et billigt fleksibelt termoelektrisk generator (FlexTEG)-modul i stor skala med høj mekanisk pålidelighed til højeffektiv strømproduktion. Gennem en retningsændring af de øverste elektroder på de to sider af modulet og brugen af ​​højdensitetspakning af halvlederchips, FlexTEG-modulet har mere fleksibilitet i enhver enakset retning. Denne forbedrede effektivitet af genopretning, eller termoelektrisk konvertering, af spildvarme fra en buet varmekilde, forbedring af modulets mekaniske pålidelighed, da der påføres mindre mekanisk belastning på halvlederchips i modulet.

Holdets forskningsresultater blev offentliggjort i Avancerede materialeteknologier .

Det siges, at Society 5.0, et supersmart samfund, hvor vores boligareal vil blive netværket af forskellige IoT (Internet of Things) teknologier, kommer i den nærmeste fremtid. Et termoelektrisk generationssystem til permanent at generere strøm ved effektivt at genvinde spildvarmeenergi, der udsendes i miljøet, er et effektivt middel til at bevare det globale miljø og spare energi, og forskning for at anvende dette system til energikilder til næste generation af IoT-enheder har fået opmærksomhed.

Termoelektrisk konverteringsteknologi konverterer termisk energi direkte til elektrisk energi, og omvendt. Da det giver mulighed for energiomdannelse i henhold til temperaturforskellen, selvom forskellen er lille, denne næste generations teknologi vil bidrage til energihøst, en proces, der fanger små mængder energi, som ellers ville gå tabt.

Termoelektrisk konvertering er en af ​​de mest velegnede teknikker til at konvertere lavtemperatur (150°C eller lavere) spildvarme til elektrisk energi, fører til udvikling af elproduktionssystemer ved hjælp af TEG-modulet. Imidlertid, da emballeringsteknikken for termoelektriske generationsmoduler, der kan fungere i et område på 100-150°C, endnu ikke er blevet etableret, termoelektrisk generationsteknologi for det område har ikke været praktisk anvendelig. Ud over, produktionsomkostningerne for moduler til at generere strøm ved stuetemperatur var så høje, at anvendelsen af ​​teknologien var begrænset til specifikke områder, såsom applikationer i rummet.

Ved at montere små termoelektriske (TE) halvlederchips på et fleksibelt substrat ved høj emballagetæthed, forskerne opnåede pålidelig og stabil vedhæftning med elektriske kontakter mellem chipsene og det fleksible substrat, at realisere effektiv genvinding (termoelektrisk omdannelse) af spildvarme. I konventionelle ikke-fleksible termoelektriske konverteringsmoduler, de øverste elektroder på de to sider var monteret vinkelret på de andre topelektroder, så modulets krumning var begrænset. Imidlertid, i dette FlexTEG-modul, alle de øverste elektroder blev integreret parallelt, giver fleksibilitet, når den bøjes i enhver enakset retning. Dette reducerede mekanisk belastning på spåner, forbedring af mekanisk (fysisk) pålidelighed af FlexTEG-modulet.

Hovedforfatter Tohru Sugahara siger, "På grund af varmebestandigheden af ​​alle halvlederemballagematerialer (op til omkring 150°C) og modulets mekaniske fleksibilitet, vores FlexTEG-modul vil blive brugt som et termoelektrisk konverteringsmodul til spildvarme på 150°C eller lavere. Dens monteringsteknik er baseret på konventionelle halvlederpakningsteknikker, så masseproduktion og omkostningsreduktion af termoelektriske konverteringsmoduler forventes."