小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM

產(chǎn)品概念圖：

設(shè)備結(jié)構(gòu)：

樣品準(zhǔn)備與測試數(shù)據(jù)：

分析軟件：

附：

熱電材料/器件測試設(shè)備

應(yīng)用方向：

♦  發(fā)電量和熱流量的測量；

♦  計(jì)算熱電材料模塊的熱電轉(zhuǎn)換效率；

♦  測量單熱電材料發(fā)電量及熱流；

♦  熱電材料性能和壽命評(píng)估。

參數(shù)配置：

應(yīng)用案例

■  熱電材料的性能評(píng)價(jià)

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是用材料的塞貝克效應(yīng)和佩爾捷效應(yīng)將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)，包括熱電發(fā)電和熱電致冷。這種技術(shù)具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣等點(diǎn)。它作為種殊電源和高精度溫控器件，在空間技術(shù)、軍事裝備、信息技術(shù)等高新技術(shù)域獲得了普遍應(yīng)用。盡管熱電材料具有如此多的點(diǎn)，有望在人類生活的各個(gè)方面發(fā)揮巨大的作用，但是目前現(xiàn)有的熱電材料的轉(zhuǎn)換效率還比較低，限制了熱電材料的廣泛應(yīng)用。在科研工作中通常使用熱電值（ZT值）來衡量熱電材料的轉(zhuǎn)換效率，為了有較高熱電值ZT，材料必須有高的塞貝克系數(shù)(S)，高的電導(dǎo)率與低的導(dǎo)熱系數(shù)。

近日，來自日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所（AIST）的科研人員使用日本ADVANCERIKO公司的小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM評(píng)價(jià)了Bi₂Te₃合金的熱電性能。科研人員使用摻雜了Sb或Se的Bi2Te3合金制備了如圖1的單偶熱電器件來測量熱電轉(zhuǎn)換效率。

圖1a Mini-PEM樣品單元示意圖

圖1b Bi₂Te₃合金單偶熱電器件

當(dāng)熱端溫度為50℃、100℃、150℃、200℃和220℃時(shí)，分別測量各個(gè)溫度下冷卻循環(huán)水的進(jìn)口溫度與出口溫度，待溫度穩(wěn)定再后進(jìn)行電學(xué)測量（Voltage/Current），后分別繪制電壓、輸出功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率與電流關(guān)系的曲線。（圖2）

圖2 電壓、輸出功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率與電流的關(guān)系曲線

科研人員還使用了同樣是日本ADVANCERIKO公司產(chǎn)品的塞貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM-3和激光熱導(dǎo)儀分別測量了材料（來自同批次熱壓法制備的Bi₂Te₃合金）的熱電轉(zhuǎn)換參數(shù)（電阻率、熱導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)和熱電值ZT），結(jié)果見圖3。

圖3 材料的熱電參數(shù)：電阻率（a）、熱導(dǎo)率（b）、塞貝克系數(shù)（c）和熱電值（ZT）

由以上測量結(jié)果可以得知，電壓、功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率均與電流相關(guān)。當(dāng)溫度差增加時(shí)，以上各項(xiàng)均增大。熱流量是通過測量冷卻循環(huán)水的進(jìn)出口溫度計(jì)算得到的。當(dāng)熱端溫度為220℃時(shí)，可以測得大的功率（0.14W）和熱電轉(zhuǎn)換效率（3.1%）。

參考文獻(xiàn)：

[1]  XIAOKAI HU, KAZUO NAGASE, PRIYANKA JOOD, MICHIHIRO OHTA, and ATSUSHI YAMAMOTO. Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 44, No. 6, 2015.

發(fā)表文章

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3. X. Hu et al. / Journal of Electronic Materials Volume 44, pages 1785–1790 

4. Y. Takagiwa et al. / ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 43, 48804–48810

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