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超高性能全镁基热电材料与器件的创制和验证 | 进展

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-09-26 18:17

主要观点总结

本文介绍了热电技术在近室温领域的应用,特别是α-MgAgSb和P型Bi2Te3材料的研究进展。文章详细描述了α-MgAgSb的合成方法、热电性能、界面稳定性以及全镁基热电模块的发电和制冷性能。全镁基模块在发电和制冷性能方面表现出显著优势,且成本接近商业Bi2Te3模块。

关键观点总结

关键观点1: 热电技术的重要性及应用领域

热电技术是一种全固态清洁能源技术,在主动制冷、精准热管理和废热回收等领域有重要作用。

关键观点2: 商业化热电材料体系的问题

碲化铋是目前商业化热电材料体系,但其材料成本高、平均热电优值较低等问题限制了其推广。

关键观点3: 新型热电材料的探索

国际热电领域近年来在全室温新型热电材料探索方面取得显著成绩,N型Mg3(Sb,Bi)2和P型MgAgSb材料成为最有希望替代商业碲化铋的近室温热电材料体系。

关键观点4: 赵怀周研究员课题组的研究成果

该课题组在α-MgAgSb基材料的合成与热电性能研究方面取得一系列重要进展,包括电学性能提升、晶粒生长控制、界面稳定性改善等。

关键观点5: 全镁基热电模块的发电和制冷性能

全镁基热电模块在自然对流冷却条件下表现出较高的发电性能,显著优于Bi2Te3基模块。同时,其在近室温区域的制冷性能也有显著优势。

关键观点6: 成本与性能比较

全镁基模块与商业Bi2Te3模块的成本接近,但全镁基模块的性能成本比优于Bi2Te3模块。


文章预览

热电是一种可实现热能与电能直接相互转化的全固态清洁能源技术,在主动制冷、精准热管理和废热 回收等领域发挥关键作用。目前, 作为唯一的商业 化热电材料体系,碲 化铋( Bi 2 Te 3 )材 料及器件广泛应用于制冷和光电模块精准控温,以及近室温300  ℃ 下废热发电等领域 。 但碲化铋本身存在一些显著缺点,例如材料成本高,平均热电优值较低,商业化热电器件转换效率仅为6%左右,都限制了这类材料的推广和更广泛应用。 图1:α-MgAgSb及全镁基发电模块的热电性能。(a) α-MgAgSb热电性能优化策略示意图。(b) MgAg 0.97 Sb 0.99 、MgAgSb和退火后MgAgSb的室温功率因子PF和zT随载流子浓度的变化。(c)本工作中α-MgAgSb的zT值与文献结果对比(插图为本研究中制备的α-MgAgSb与不同来源的商业p型Bi 2 Te 3 之间的z值比较)。(d) 全镁基模块的转换效率与文献报道的 ………………………………

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