熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM

設(shè)備概念圖：

設(shè)備結(jié)構(gòu)圖：

	上部加熱爐
	下部水冷系統(tǒng)

設(shè)備軟件：

附：

熱電材料/器件測(cè)試設(shè)備

應(yīng)用方向：

♦  用于測(cè)量熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率； 

♦  通過熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)測(cè)試模塊的預(yù)期壽命。

測(cè)試結(jié)果： 

參數(shù)配置：

應(yīng)用案例

■  熱界面材料的性能評(píng)價(jià)

       為了防止能量的浪費(fèi)，用熱電轉(zhuǎn)換模塊將部分的熱能轉(zhuǎn)換為電能從而存儲(chǔ)起來是目前的常見做法。熱電轉(zhuǎn)換模塊是用了熱電轉(zhuǎn)換材料的塞貝克效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)化的。目前已商用的熱電轉(zhuǎn)換模塊多采用圖1所示的結(jié)構(gòu)，為了提高熱電轉(zhuǎn)換的效率，經(jīng)常在所示位置使用熱界面材料（Thermal Interface Materials）以降低接觸面之間的熱阻。

圖1 常見的熱電轉(zhuǎn)換模塊（TE module）

       理想的熱界面材料般應(yīng)具有高導(dǎo)熱性、高柔韌性及緣性等性，常見的熱界面材料有硅脂、硅膠、相變化材料（聚烯烴樹脂、丙烯酸樹脂、碳納米管等）。為了檢驗(yàn)不同材料及結(jié)構(gòu)的熱界面材料對(duì)熱電轉(zhuǎn)換效率的影響，制備了以下四種熱界面材料（見圖2）：a. 單面碳納米管、b. 雙面碳納米管、c. 無(wú)碳納米管和d. 無(wú)熱界面材料。

圖2 四種結(jié)構(gòu)的熱界面材料

       使用商用的熱電轉(zhuǎn)換模塊（Marlow Industries RC3-6-01S）分別與上述四種熱界面材料耦合后測(cè)量熱電轉(zhuǎn)換效率。熱電效率的測(cè)量采用日本ADVANCERIKO公司生產(chǎn)的熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM-2，該設(shè)備的樣品模塊見圖3.

圖3 PEM-2的樣品模塊

       熱電轉(zhuǎn)換效率的測(cè)量結(jié)果見圖4，與不使用任何熱界面材料相比，單面的碳納米管熱界面材料可以提高35%的熱電轉(zhuǎn)換效率而雙面的碳納米管熱界面材料可以提高60%的熱電轉(zhuǎn)換效率；與僅使用Cu箔作為熱界面材料相比，單面和雙面的碳納米管熱界面材料可以分別提高10%和25%的熱電轉(zhuǎn)換效率。

圖4 使用不同熱界面材料的熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1] Kimberly R. Saviers, Stephen L. Hodson, and Timothy S. Fisher. JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER.

發(fā)表文章

1. H. Nakatsugawa et al. /  Journal of Elec Materi 49, 2802–2812 (2020) 

2. X. Tang et al. / Energy Environ. Sci., 2018,11, 1520-1535 

3. J. He et al. / Energy Environ. Sci., 2020,13, 2106-2114 

4. L. Chen et al. / Nat Commun 6, 8144 (2015)

用戶單位：

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所

中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所

武漢理工大學(xué)

南方科技大學(xué)

深圳大學(xué)