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Com base em materiais semelhantes a líquidos de alto desempenho, cientistas do Instituto de Cerâmica de Xangai da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade Northwestern dos EUA fabricaram um Cu 2 Se / Yb 0,3 Co 4 Sb 12 módulo termelétrico com oito Ni / Ti / Yb tipo n 0,3 Co 4 Sb 12 pernas e oito Ni / Mo / Cu tipo p 2 Se pernas.
Sua estratégia vai além do design normal de módulos TE com base em materiais tradicionais TE, alcançando assim uma alta eficiência de conversão de energia de 9,1 por cento e excelente estabilidade de serviço. O estudo foi publicado em Joule .
O projeto usual de módulos termoelétricos com base em materiais tradicionais precisa apenas obter alta eficiência ou alta potência de saída por meio da otimização da geometria e das interfaces das pernas do material. Contudo, íons líquidos apresentam um novo desafio e a estabilidade do serviço deve ser incluída no projeto de módulos termelétricos baseados em materiais semelhantes a líquidos.
Durante o serviço, a tensão em materiais semelhantes a líquidos ( V uma ) está diretamente relacionado com a proporção das áreas da seção transversal das pernas p e n ( UMA p /UMA n ) Se o material líquido for do tipo p, o maior UMA p /UMA n vai levar a um menor V uma e conseqüentemente melhor estabilidade durante o serviço.
Neste estudo, os cientistas desenvolveram dois tipos de módulos TE baseados em materiais semelhantes a líquidos. Eles escolheram Cu 2 Se e Cu 1,97 S para as pernas tipo p e Yb selecionado 0,3 Co 4 Sb 12 skutterudite preenchido para as pernas do tipo n. Os resultados mostraram que o Cu 1,97 S / Yb 0,3 Co 4 Sb 12 O módulo TE não é estável durante o serviço, enquanto o Cu 2 Se / Yb 0,3 Co 4 Sb 12 O módulo TE é bastante estável quando UMA p /UMA n é maior que quatro.
A análise numérica tridimensional mostrou que a alta eficiência de conversão de energia requer que UMA p /UMA n ter entre dois e oito anos. Assim, UMA p /UMA n valores entre quatro e oito são necessários para maximizar simultaneamente a eficiência de conversão e alcançar uma boa estabilidade.
Os cientistas perceberam uma eficiência máxima de conversão de energia de 9,1 por cento para o Cu 2 Se / Yb 0,3 Co 4 Sb 12 módulo termelétrico, uma eficiência de conversão de energia recorde entre módulos termoelétricos de alta temperatura. O teste de envelhecimento de longo prazo confirmou a boa estabilidade do módulo.
Esta estratégia também pode ser usada para projetar novos módulos TE baseados em outros materiais semelhantes a líquidos, como Ag 9 GaSe 6 e Zn 4 Sb 3 .
A tecnologia termoelétrica pode realizar a conversão direta entre calor e eletricidade. Devido às vantagens de nenhum ruído, sem partes móveis, e alta confiabilidade, tem atraído grande atenção como uma forma alternativa de utilizar a energia de forma muito eficiente.
