开发高性能和低成本的油漆热电材料,用于低中温应用

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 能源转换 能源转换
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 传统的热电 (TE) 材料面临诸多挑战,包括高成本,毒性,复杂合成,可复制性差,可扩展性有限等.
• 这些局限性阻碍了TE技术在能源采集应用中的广泛采用.

研究的目的:

• 开发一种廉价,无毒,可扩展和高度可复制的基于涂料的TE模块,用于高效的热电转换.
• 为了研究结构-属性关系,控制涂料TE材料的电导率和Seebeck系数.
• 评估开发的TE模块的性能和适合性,用于实际应用,包括可穿戴设备.

主要方法:

• 合成基于n型和p型Bi-Sb-Te的热电性油漆,含有不同度的石墨和酸盐.
• 结构分析和运输属性测量以了解材料的行为.
• 在不同的操作条件下,在不同的车身部位上,制造和测试基于涂料的TE模块.
• 基于功率因子,工作温度,输出电压和输出功率的性能评估.

主要成果:

• 电导率由石墨和酸盐度控制;Seebeck系数由n型和p型Bi-Sb-Te比率主导.
• TE模块在高达160°C的温度下有效工作.
• 在57°C时,n型油漆的峰值功率系数为1.34μW/cm·K2,p型油漆的峰值功率系数为1.42μW/cm·K2.
• 在手腕上记录了最高的开放电路电压1.9mV,表明了可穿戴应用的潜力.
• 在30°C的温度梯度下,达到6.8μW的最大输出功率.

结论:

• 开发的基于油漆的TE模块为传统的TE材料提供了具有成本效益,无毒和可扩展的替代方案.
• 材料的性能可以通过受控合成进行调整,从而为特定应用程序进行优化.
• TE模块的性能,特别是其适用于可穿戴能源收获的适用性,突出了其在各种热能转换应用中的潜力.