热传导发电机

热传导发电机，也称为塞贝克发电器，是运用热电效应（塞贝克效应）将热（温度差）直接转换成电能的一种装置。大致上转换效率约为5-8%。基于赛贝克效应的旧式装置使用双金属接面，并且非常笨重。较近期的装置使用以碲化铋（Bi₂Te₃）、碲化铅（PbTe）^[1] 、氧化锰钙（Ca₂Mn₃O₈）或根据温度选取以上成分的组合物制成的半导体PN接面^[2]。这些固态装置不同于发电机，除了可能额外加装的风扇或打气筒外，没有可动的部件。

放射性同位素热电机可提供无人太空船所需的电力。汽车热电机（英语：Automotive thermoelectric generator）则被用来回收没有用的汽车废热能。

应用[编辑]

热传导发电机有多种应用，通常会运用在当转换效能比较好但比较笨重的热机如斯特林发动机，无法被使用时的小型应用上。另一考量因素是，当低效能的热传导发电机比较可靠及较长时耐用时，也会使用热导机来发电。发射之后就几乎无法进行维修的无人太空船是一个主要的例子。

效能[编辑]

针对热电发电机中的能源转换性能，由麻省理工学院的唐爽和崔瑟豪斯夫人提出的“唐-崔瑟豪斯理论”指出，^[3]^[4] 提高电子-空穴的非对称性、增加有效带隙、带边对齐等方法在大多数半导体材料中均可以提高热电发电的能源转换率。然而，纳米化的方法更适合运用于低载流子浓度的材料体系。^[5]^[6]

极限[编辑]

除了高成本与低效能之外，此类装置普遍存在两个问题：高输出电阻及不良的热特性。

高输出电阻：为了得到一足够电压，一个非常高的塞贝克系数是需要的（High V/°C）。普遍的做法是排列放置许多热导完件，使得发电机的有效的输出电阻非常高（>10Ω）。因此只有当载体有高阻抗的时能将能量有效地转换，否则能量会损失在输出电阻上。一个有非常高的输出阻抗的发电机是一个有效的温度感测器而不是能源供应器。一些商业装置使用更多的并联元件，较少的串联元件来解决这个问题。
不良的热特性：好的热导发电机需要低热导电性，因此将严重障碍此类装置的散热（同时也难以吸收热量）。只有在高温（>200°C）环境及用电量需求小的情况下有经济效益。

参看[编辑]

参考文献[编辑]

^ Biswas, Kanishka; He, Jiaqing; Blum, Ivan D.; Wu, Chun-I.; Hogan, Timothy P.; Seidman, David N.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures. Nature. 2012-09, 489 (7416): 414–418 [2021-12-07]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature11439. （原始内容存档于2021-12-07）（英语）.
^ TEG CASCADE 800°C HOT SIDE THERMOELECTRIC POWER MODULES. [2012-12-15]. （原始内容存档于2012-12-17）.
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^ Tang, Shuang. Using Pseudo-ZTs for Thermoelectric Materials Search (PDF). ES Materials & Manufacturing. 2019, 4: 45–50 [2023-07-26]. S2CID 210801068. doi:10.30919/esmm5f213. （原始内容存档 (PDF)于2022-08-02）.

外部链接[编辑]

Small Thermoelectric Generators by G. Jeffrey Snyder （页面存档备份，存于互联网档案馆）
Kanellos, M. (2008, November 24). Tapping America's Secret Power Source. Retrieved from Greentech Media, October 30, 2009. Web site: http://www.greentechmedia.com/articles/read/tapping-americas-secret-power-source-5259/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
LT Journal October 2010: Ultralow Voltage Energy Harvester Uses Thermoelectric Generator for Battery-Free Wireless Sensors
Biolite Camp Stove - Biofuel stove and Thermogenerator in one.
Description of Thermoelectric Generators （页面存档备份，存于互联网档案馆）
Thermoelectric Generators basics （页面存档备份，存于互联网档案馆）
How Thermoelectric Generators work （页面存档备份，存于互联网档案馆）
What are Thermoelectric Generators （页面存档备份，存于互联网档案馆）
Fire Powered TEGs - Hatsuden Nabe （页面存档备份，存于互联网档案馆）

[1] Biswas, Kanishka; He, Jiaqing; Blum, Ivan D.; Wu, Chun-I.; Hogan, Timothy P.; Seidman, David N.; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures. Nature. 2012-09, 489 (7416): 414–418 [2021-12-07]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature11439. （原始内容存档于2021-12-07）（英语）.

[2] TEG CASCADE 800°C HOT SIDE THERMOELECTRIC POWER MODULES. [2012-12-15]. （原始内容存档于2012-12-17）.

[3] Dresselhaus, Mildred. New Ideas for Advancing Thermoelectric Performance. mrs.digitellinc.com. Materials Research Society. [October 13, 2020]. （原始内容存档于2023-06-19）.

[4] Liu, Weishu. New trends, strategies and opportunities in thermoelectric materials: A perspective. Materials Today Physics. 2017, 1: 50–60 [2023-07-26]. doi:10.1016/j.mtphys.2017.06.001. （原始内容存档于2023-06-19）.

[5] Tang, Shuang; Dresselhaus, Mildred. Building the Principle of Thermoelectric ZT Enhancement. 2014. arXiv:1406.1842  [cond-mat.mtrl-sci].

[pseudo-zt-6] Tang, Shuang. Using Pseudo-ZTs for Thermoelectric Materials Search (PDF). ES Materials & Manufacturing. 2019, 4: 45–50 [2023-07-26]. S2CID 210801068. doi:10.30919/esmm5f213. （原始内容存档 (PDF)于2022-08-02）.

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