室溫環境下亦能呈現高性能之熱電轉換材料

 

刊登日期:2020/7/24
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日本新能源產業技術總合開發機構(NEDO)與產業技術總合研究所(AIST)、未利用熱能革新活用技術研究組合(TherMAT)利用硒化銀(Ag2Se),開發了一項在室溫環境下也能呈現高性能的熱電轉換材料。

室溫附近(100℃以下)唯一可使用的實用熱電轉換材料有碲化鉍(Bi2Te3),但要達到熱電轉換技術的普及化,仍須提高轉換效率。隨著熱電功率因子提高、熱傳導率降低,熱電複合材料的性能指數(ZT)會因此提高。雖然硒化銀的熱傳導率低,近年來做為n型熱電轉換材料而頗受矚目,但由於熱電功率因子較低,熱電性能指數(ZT)也隨之降低。

研究團隊利用掃描穿透式電子顯微鏡(STEM)觀察硒化銀,發現直方晶系構造中的微量單斜晶系構造妨礙了電荷載體的移動,以及對於熱電轉換材料而言載體濃度過高等現象。研究團隊乃從熱力學探討如何抑制單斜晶系構造,透過將硒(SE)微量過量,並添加微量的硫黃(S),讓結晶構造成為穩定化的直方晶系。

藉此不僅載體移動度增加,載體濃度也減少,熱電功率因子因此改善,最後硒化銀(Ag2Se)達到與碲化鉍(Bi2Te3)同等程度的熱電性能指數(ZT),實現高性能之熱電轉換材料。今後將可望應用於物聯網(IoT)用電子機器等的自主電源或電氣機器局部冷卻等用途。

資料來源:https://chemical-news.com/2020/06/16/nedo%E3%80%80%E5%AE%A4%E6%B8%A9%E4%BB%98%
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