方钴矿热电材料/Ti_(88)Al_(12)界面稳定性研究

热电器件的界面稳定性是决定其服役可靠性和寿命的关键因素。对于方钴矿热电器件,为了抑制高温电极与方钴矿材料之间的相互扩散,需要在两者之间加入阻挡层。本工作选用Ti_(88)Al_(12)作为阻挡层,利用一步法热压烧结制备n型Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/Ti_(88)Al_(12)/Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)和p型CeFe3.85Mn0.15Sb12/Ti_(88)Al_(12)/CeFe3.85Mn0.15Sb12样品,研究Ti_(88)Al_(12)阻挡层与热电材料间的界面接触电阻率及微结构在加速老化实验中的演化规律。结果表明:在相同的老化条件下,n型样品的界面接触电阻率增加速度比p型样品慢,其激活能分别为84.1 k J/mol和68.8 k J/mol。对于n型样品,由元素扩散反应生成的金属间化合物中间层的增长及最终AlCo/TiCoSb层的开裂是导致界面接触电阻率增加的主要原因;而p型热电材料与Ti_(88)Al_(12)的热膨胀系数的差异加速了p型样品中界面裂纹的产生。

热电发电器件与应用技术:现状、挑战与展望

热电发电技术在特种电源、绿色能源、环境能量收集与工业余热发电等领域具有重要的应用价值。近年来,热电材料zT值的纪录不断被刷新,为热电器件应用技术的发展奠定了坚实的基础。然而,目前热电应用技术远滞后于热电材料科学的发展,特别是热电发电技术的大规模应用仍面临着技术瓶颈和挑战。本文介绍了热电器件设计与集成的基本原理及其关键科学与技术问题,着重总结了器件集成中的界面结构设计与优化、电极连接与器件一体化制备技术、器件服役性能与寿命评价等方面的最新研究进展。同时,分析和展望了热电发电技术规模化应用面临的挑战与发展策略。

Se掺杂量对n型Bi_2Te_(3-x)Se_x微结构及热电性能的影响

通过水热法合成不同Se掺杂量的Bi2Te3-xSex(0≤x≤0.45)纳米粉体,采用放电等离子烧结技术,制备出致密度较高的块体材料。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等测试手段对材料的微结构进行了表征,并重点研究了含有不同Se掺杂量块体材料的显微结构和热电性能。结果表明:Se元素的掺杂使得粉体XRD特征衍射峰向高角度偏移,并且衍射峰出现宽化,晶粒尺寸变小。随着Se掺杂量的增加,块体材料的电导率先增大后减小;Se元素的掺杂有效地降低了材料的热导率,并提高了材料的Seebeck系数。研究结果表明:在整个测试温度区间,所有经过Se掺杂的样品ZT值都高于未掺杂样品。当Se掺杂量为0.3时,样品具有最大的ZT值,平均约为0.51,并在475 K时达到最大值0.57,相比未经Se掺杂的Bi2Te3提高了159%。

填充方钴矿热电器件的结构优化设计与性能

基于热电器件全参数设计模型,设计并制备了具有不同拓扑结构的填充方钴矿器件,通过器件仿真模拟结果与实验数据的比对和分析,解析器件结构、界面、连接工艺等对器件输出性能的影响并建立其定量关系;使用批量合成的n型Yb_(0.3)Co_(4)Sb_(12)和p型Ce Fe_(3.85)Mn_(0.65)Sb_(12)填充方钴矿材料制备的单级器件最大转换效率达到9.8%,输出功率密度达1.42 W/cm2。