Gebaseerd op hoogwaardige vloeistofachtige materialen, wetenschappers van het Shanghai Institute of Ceramics van de Chinese Academy of Sciences en de Northwestern University in de VS hebben een Cu ₂ Se/Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ thermo-elektrische module met acht n-type Ni/Ti/Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ poten en acht p-type Ni/Mo/Cu ₂ Zie benen.

Hun strategie gaat verder dan het normale ontwerp van TE-modules op basis van traditionele TE-materialen, waardoor een hoge energieconversie-efficiëntie van 9,1 procent en een uitstekende servicestabiliteit worden gerealiseerd. De studie is gepubliceerd in Joule .

Het gebruikelijke ontwerp van thermo-elektrische modules op basis van traditionele materialen hoeft alleen een hoog rendement of hoog vermogen te realiseren door de geometrie en interfaces van materiaalpoten te optimaliseren. Echter, vloeistofachtige ionen vormen een nieuwe uitdaging en servicestabiliteit moet worden opgenomen in het ontwerp van thermo-elektrische modules op basis van vloeistofachtige materialen.

Tijdens de dienst, de spanning over vloeistofachtige materialen ( V _een ) is direct gerelateerd aan de verhouding van de dwarsdoorsnede-oppervlakken van de p- en n-benen ( EEN _P /EEN _N ). Als het vloeistofachtige materiaal p-type is, de grotere EEN _P /EEN _N zal leiden tot een kleinere V _een en daardoor een betere stabiliteit tijdens het gebruik.

In dit onderzoek, wetenschappers ontwikkelden twee soorten TE-modules op basis van vloeistofachtige materialen. Ze kozen voor Cu ₂ Se en Cu _1.97 S voor de p-type poten en geselecteerde Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ -gevulde skutterudite voor de n-type poten. De resultaten toonden aan dat de Cu _1.97 S/Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ TE-module is niet stabiel tijdens service, terwijl de Cu ₂ Se/Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ TE-module is vrij stabiel wanneer: EEN _P /EEN _N hoger is dan vier.

Driedimensionale numerieke analyse toonde aan dat een hoge energieconversie-efficiëntie vereist dat: EEN _P /EEN _N tussen twee en acht zijn. Dus, EEN _P /EEN _N waarden tussen vier en acht zijn vereist om tegelijkertijd de conversie-efficiëntie te maximaliseren en een goede stabiliteit te bereiken.

De wetenschappers realiseerden een maximale energieconversie-efficiëntie van 9,1 procent voor de Cu ₂ Se/Yb _0.3 Co ₄ sb ₁₂ thermo-elektrische module, een record-hoge energieomzettingsefficiëntie tussen thermo-elektrische modules op hoge temperatuur. De langdurige verouderingstest bevestigde de goede stabiliteit van de module.

Deze strategie kan ook worden gebruikt om nieuwe TE-modules te ontwerpen op basis van andere vloeistofachtige materialen zoals Ag ₉ GaSe ₆ en Zn ₄ sb ₃ .

Thermo-elektrische technologie kan directe conversie tussen warmte en elektriciteit realiseren. Vanwege de voordelen van geen lawaai, geen bewegende delen, en hoge betrouwbaarheid, het heeft veel aandacht getrokken als een alternatieve manier om zeer efficiënt met energie om te gaan.