Білинський-Слотило В.Р., Вихор Л.М., Михайловський В.Я. Проектування термоелектричних генераторних модулів з матеріалів на основі силіцидів Mg і Mn

PDF

Повне видання (PDF)

Білинський-Слотило В.Р.
Інститут термоелектрики НАН і МОНмолодьспорту України, вул. Науки, 1, Чернівці, 58029, Україна

Вихор Л.М.
Інститут термоелектрики НАН і МОНмолодьспорту України, вул. Науки, 1, Чернівці, 58029, Україна

Михайловський В.Я.
Інститут термоелектрики НАН і МОНмолодьспорту України, вул. Науки, 1, Чернівці, 58029, Україна

Ключові слова: генераторні модулі, рекуперація тепла, перетворювчі енергії, термоефективність.

Анотація: Представлені результати комп’ютерного проектування генераторних модулів з секційних та функціонально-градієнтних термоелементів, а також каскадних структур з матеріалів на основі силіцидів Mg і Mn. Визначенооптимальні концентрації легуючих домішок для матеріалів секцій та оптимальні розподіли домішок для термоелементів з функціональноградієнтних матеріалів (ФГТМ). Розраховано оптимальні значення термоелектричних параметрів матеріалів для двокаскадних генераторних модулів, що забезпечують максимальний ККД за умов температур 323 – 773 К. Показано, що максимальний ККД модулів з однорідних матеріалів на основі силіцидів досягає 6.5 %, модулів з двосекційних термоелементів – 8.5 % и двокаскадних генераторів – 8.1 %. Використання матеріалів на основі Bi2Te3 для холодних секцій або холодного каскаду модуля підвищує ККД до 10 %.

Література

  1. T. Kajikawa, Current State of Thermoelectric Power Generation Technology in Japan, J. Thermoelectricity 2, 21-31 (2007).
  2. Kh.M. Saqr, M.Kh. Mansour and M.N. Musa. Thermal Design of Automobile Exhaust-Based Thermoelectric Generators: Objectives and Challenges, J. Thermoelectricity 1, 59-66 (2008)
  3. C.B. Vining. Thermoelectric Properties of Silicides, CRC Handbook of Thermoelectrics, ed.by D.M. Rowe, 1995, p. 277-285.
  4. U. Birkholz, E. Gross, U. Stoehrer, Polycrystalline Iron Disilicide as a Thermoelectric Generator Material, CRC Handbook of Thermoelectrics, ed. by D.M. Rowe, 1995, p. 287-298.
  5. M.I. Fedorov, V.K. Zaitsev, Silicides, CRC Thermoelectrics Handbook. Macro to Nano, Ed. by D.M. Rowe, (2006), p. 31-1 – 31-14.
  6. Zh. Du, T. Zhu and X. Zhao, Enhanced Thermoelectric Properties of Mg2Si0.58Sn0.42 Compounds by Bi Doping, Materials Letters 66 (1), 76-78 (2012).
  7. W. Liu, Q. Zhang, X. Tang, H. Li and J. Sharpet, Thermoelectric Properties of Sb-doped Mg2Si0.3Sn0.7, J. Electronic Materials 40 (5), 1062-1066 (2011).
  8. W. Luo, H. Li, F. Fu, W. Hao and X. Tang, Improved Thermoelectric Properties of Al-doped Higher Manganese Silicide Prepared by a Rapid Solidification Method, J.Electronic Materials 40 (5), 1233-1237 (2011).
  9. A.J. Zhou, T.J. Zhu, X.B. Zhao, S.H. Yang, T. Dasgupta, C. Stiewe, R. Hassdorf and E. Mueller, Improved Thermoelectric Performance of Higher Manganese Silicides with Ge Additions, J. Electronic Materials 39 (9), 2002-2007 (2010).
  10. M.J. Yang, L.M. Zhang, L.Q. Han, Q. Shen and C.B. Wang, Simple Fabrication of Mg2Si Thermoelectric Generator by Spark Plasma Sintering, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences 16, 277-280 (2009).
  11. T. Sakamoto, T. Iida, A. Matsumoto, Ya. Honda, T. Nemoto, J. Sato, T. Nakajima, H. Taguchi and Y. Takanashi, Thermoelectric Characteristics of a Commercialized Mg2Si Source Doped with Al, Bi, Ag, and Cu, J. Electronic Materials 39 (9), 1708-1713 (2010).
  12. T. Sakamoto, T. Iida, Sh. Kurosaki, K. Yano, H. Taguchi, K. Nishio and Y. Takanashi, Thermoelectric Behavior of Sb- and Al-doped n-Type Mg2Si Device under Large Temperature Differences, J.Electronic Materials 40 (5), 629-634 (2011).
  13. R. Song, Y. Liu and T. Aizawa, Solid State Synthesis and Thermoelectric Properties of Mg-Si-Ge System, J. Materials Science & Technology 21 (5), 618-622 (2005).
  14. Q. Zhang, J. He, T.J. Zhu et al. High Figures of Merit and Natural Nanostructures in Mg2Si0.4Sn0.6 Based Thermoelectric Materials, Applied Physics Letters 93, 102109 (2008).
  15. J. Zhou, X. Li, G. Chen and R. Yang, Semiclassical Model for Thermoelectric Transport in Nanocomposites, Physical Review B 82, 115308 (2010).
  16. J. Tani, H. Kido, Thermoelectric Properties of Al-doped Mg2Si1−xSnx (x ≤ 0.1), J. Alloys and Compounds 466, 335-340 (2008).
  17. Y.-J. Shi, Q.-M. Lu, X. Zhang and J.-X. Zhang, Microstructure and Thermoelectric Properties of Higher Manganese Silicides, J.Inorganic Materials 26 (7), 691-695 (2011).
  18. Анатычук Л.И. Tермоэлектричество. Том IV.Функционально-градиентные термоэлектрические материалы. / Л.И. Анатычук, Л.Н. Вихор – Черновцы: Букрек, 2012. – 180 с.
  19. L.N. Vikhor, L.I. Anatychuk, Generator Modules of Segmented Thermoelements, Energy Conversion and Management 50, 2366-2372 (2009).
  20. Вихор Л.Н. Компьютерное проектирование термоэлектрических генераторных модулей / Л.Н. Вихор // Термоэлектричество. – 2005. – №2. – C. 60 – 67.

Надійшла до редакції 18.01.2013.