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设计更好的热电发电材料的策略

2024-07-30 11:16:41 生活来源：

导读近年来，世界各地的工程师和科学家一直在研究利用可再生能源发电的新技术，包括光伏发电、风力涡轮机和水力发电机。减轻气候变化影响的另一...

近年来，世界各地的工程师和科学家一直在研究利用可再生能源发电的新技术，包括光伏发电、风力涡轮机和水力发电机。减轻气候变化影响的另一种解决方案可能是将工业、家庭和炎热自然环境产生的多余或废热转化为电能。

这种方法被称为热电发电，依赖于使用具有宝贵热电特性的材料。具体来说，当这些材料一侧暴露在特别高的温度，另一侧暴露在较冷的温度时，它们内部的电子开始从热的一侧流向较冷的一侧，从而产生电势

虽然最近的研究发现了一些有前景的热电材料，但由于设计和制造最佳模块结构存在挑战，模块性能并不令人满意。这大大限制了它们在热电模块中的潜在实际集成。

浦项科技大学、乔治华盛顿大学等研究人员最近提出了一种基于硒化铜(Cu2Se)的热电材料设计新策略。

《自然能源》杂志发表的一篇论文概述了这一策略，它使他们能够使用更容易大规模复制的技术设计出有前景的高功率发电材料。

“传统的热电装置由 p 型和 n 型半导体支柱组成，呈长方体形状，排列成热电偶结构，”论文合著者 Jae Sung Son 告诉 Tech Xplore。“在这些装置中，这些支柱的长度和纵横比设计对于优化热阻和电阻以最大限度地提高发电量至关重要。

“在这种情况下，非长方体三维(3D)几何形状可以提供对热和电传输的额外控制，有可能提高设备性能，使其超越长方体腿所能达到的性能。”

2020 年，乔治华盛顿大学 Saniya LeBlanc 教授领导的研究团队发表了一篇论文，通过一系列模拟，探讨了半导体支柱对热电发电机热电性能的影响。但非长方体支柱的潜力尚未在实验环境中进行评估。

Son 解释说：“我们小组一直致力于热电材料和设备的 3D 打印，这将使我们能够实现传统制造工艺无法实现的热电材料复杂几何形状，并研究它们对发电性能的影响。”

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