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Basato su materiali simili a liquidi ad alte prestazioni, scienziati dell'Istituto di ceramica di Shanghai dell'Accademia cinese delle scienze e della Northwestern University negli Stati Uniti hanno fabbricato un Cu 2 Se/Yb 0,3 Co 4 Sb 12 modulo termoelettrico con otto tipo n Ni/Ti/Yb 0,3 Co 4 Sb 12 gambe e otto tipo p Ni/Mo/Cu 2 Se gambe.
La loro strategia va oltre la normale progettazione di moduli TE basati su materiali TE tradizionali, realizzando così un'elevata efficienza di conversione energetica del 9,1% e un'eccellente stabilità di servizio. Lo studio è stato pubblicato su Joule .
La normale progettazione di moduli termoelettrici basati su materiali tradizionali deve solo realizzare un'elevata efficienza o un'elevata potenza attraverso l'ottimizzazione della geometria e delle interfacce delle gambe del materiale. Però, gli ioni liquidi rappresentano una nuova sfida e la stabilità del servizio deve essere inclusa nella progettazione di moduli termoelettrici basati su materiali liquidi.
Durante il servizio, la tensione attraverso materiali simili a liquidi ( V un ) è direttamente correlato al rapporto tra le aree della sezione trasversale dei rami p e n ( UN P /UN n ). Se il materiale liquido è di tipo p, il più grande UN P /UN n porterà a un più piccolo V un e di conseguenza una migliore stabilità durante il servizio.
In questo studio, gli scienziati hanno sviluppato due tipi di moduli TE basati su materiali simili a liquidi. Hanno scelto Cu 2 Se e Cu 1,97 S per le gambe di tipo p e Yb . selezionato 0,3 Co 4 Sb 12 skutterudite riempita per le gambe di tipo n. I risultati hanno mostrato che il Cu 1,97 S/Yb 0,3 Co 4 Sb 12 Il modulo TE non è stabile durante il servizio, mentre il Cu 2 Se/Yb 0,3 Co 4 Sb 12 Il modulo TE è abbastanza stabile quando UN P /UN n è maggiore di quattro.
L'analisi numerica tridimensionale ha mostrato che un'elevata efficienza di conversione dell'energia richiede che UN P /UN n essere tra due e otto. Così, UN P /UN n sono necessari valori compresi tra quattro e otto per massimizzare contemporaneamente l'efficienza di conversione e ottenere una buona stabilità.
Gli scienziati hanno realizzato un'efficienza di conversione energetica massima del 9,1% per il Cu 2 Se/Yb 0,3 Co 4 Sb 12 modulo termoelettrico, un'efficienza di conversione energetica record tra i moduli termoelettrici ad alta temperatura. Il test di invecchiamento a lungo termine ha confermato la buona stabilità del modulo.
Questa strategia può essere utilizzata anche per progettare nuovi moduli TE basati su altri materiali liquidi come Ag 9 GaSe 6 e Zn 4 Sb 3 .
La tecnologia termoelettrica può realizzare la conversione diretta tra calore ed elettricità. Grazie ai vantaggi dell'assenza di rumore, nessuna parte in movimento, e alta affidabilità, ha attirato grande attenzione come un modo alternativo per utilizzare l'energia in modo molto efficiente.
