关键字: Thermoelectric Power Generator(TEG)
讨论内容:
- (i) factors affecting thermoelectric performance
- (ii) strategies required for improvement of the power factor(due to inherent low thermal conductivity) 提高功率因子的策略
- (iii) challenges
figure-of-merit: 品质因数
低的转换效率(一般低于6%)高花费,极少有商业应用。寻求替换材料,比如一些有机材料,
conducting polymers(CPs) :free-standing films, ease of patternizing on various types of large-area flexible substrates,and compatibility to blend with inorganic materials
[3, 6-12]
[7]给出电荷传输的基本概念。
Thermoelectric efficiency( )与材料品质因数( )直接相关:
ZT值,又叫热电优值(thermoelectric figure of merit)。它是衡量热电材料热电性能的指标和量度,Z是材料的热电系数(单位是/k),有量纲,T是热力学温度,单位是k。ZT乘积来表示热电性能的高低(ZT值越高,热电性能越好)ZT值(热电优值)怎么换算成转换效率?
是冷端和热端的温度,
,
通过对
之间所有的峰值ZTs积分获得,在特定温度
下,材料的
:
是Seebeck coefficient,
是导电率,
是材料的热导率,
有两部分构成,载流子(charge-carriers
)和晶格(lattice,
)
要实现高的ZT和转换效率 ( ),需要满足:
- (i) 材料有高的塞贝克系数 从而有高的电输出
- (ii) 高的导电率,从而有大的短路电流和低的焦耳热
- (iii) 低的热导率,从而有大的温差
掺杂(doping)可以增加导电率,但是会降低塞贝克系数。
以下要讨论一些方法,优化
而不改变材料的
来强化转化效率。
从转换效率
的式子中可以看出,
与卡诺循环效率(
)和热电优值(ZT)有关,而
在室温下应用中非常小,这表明在利用热能方面,与现在昂贵的TE模块相比,基于CP的TEGs会更为实用
在150摄氏度的情况下,考虑CPs的稳定性, 假设热端温度为100摄氏度,冷端温度约为27摄氏度,
~1.如图1所示,有机热电效率(organic thermoelectric generators OTEGs)的转换效率约为4%
室温下高的ZT值, 0.42[72]和0.2[91]对于P-和n-type的CPs已经实现。