Effektiv, stabilt termoelektrisk modul baseret på højtydende væskelignende materialer

Baseret på højtydende væskelignende materialer, videnskabsmænd fra Shanghai Institute of Ceramics ved det kinesiske videnskabsakademi og Northwestern University i USA fremstillede en Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ termoelektrisk modul med otte n-type Ni/Ti/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ ben og otte p-type Ni/Mo/Cu ₂ Se benene.

Deres strategi går ud over det normale design af TE-moduler baseret på traditionelle TE-materialer, dermed opnå en høj energikonverteringseffektivitet på 9,1 procent og fremragende servicestabilitet. Undersøgelsen blev offentliggjort i Joule .

Det sædvanlige design af termoelektriske moduler baseret på traditionelle materialer behøver kun at realisere høj effektivitet eller høj effekt gennem optimering af geometri og grænseflader af materialeben. Imidlertid, væskelignende ioner giver en ny udfordring, og driftsstabilitet skal indgå i designet af termoelektriske moduler baseret på væskelignende materialer.

Under service, spændingen over væskelignende materialer ( V _-en ) er direkte relateret til forholdet mellem tværsnitsarealerne af p- og n-benene ( EN _s /EN _n ). Hvis det væskelignende materiale er p-type, jo større EN _s /EN _n vil føre til en mindre V _-en og dermed bedre stabilitet under service.

I dette studie, forskere udviklede to slags TE-moduler baseret på væskelignende materialer. De valgte Cu ₂ Se og Cu _1,97 S for p-type ben og valgte Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ -fyldt skutterudite til n-type ben. Resultaterne viste, at Cu _1,97 S/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ TE-modulet er ikke stabilt under service, mens Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ TE-modulet er ret stabilt når EN _s /EN _n er højere end fire.

Tredimensionel numerisk analyse viste, at høj energikonverteringseffektivitet kræver det EN _s /EN _n være mellem to og otte. Dermed, EN _s /EN _n værdier mellem fire og otte er nødvendige for samtidig at maksimere konverteringseffektiviteten og opnå god stabilitet.

Forskerne indså en maksimal energikonverteringseffektivitet på 9,1 procent for Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ termoelektrisk modul, en rekordhøj energikonverteringseffektivitet blandt termoelektriske højtemperaturmoduler. Den langsigtede ældningstest bekræftede modulets gode stabilitet.

Denne strategi kan også bruges til at designe nye TE-moduler baseret på andre væskelignende materialer såsom Ag ₉ GaSe ₆ og Zn ₄ Sb ₃ .

Termoelektrisk teknologi kan realisere direkte konvertering mellem varme og elektricitet. På grund af fordelene ved ingen støj, ingen bevægelige dele, og høj pålidelighed, det har tiltrukket sig stor opmærksomhed som en alternativ måde at udnytte energien meget effektivt på.