Baserat på högpresterande vätskeliknande material, forskare från Shanghai Institute of Ceramics vid den kinesiska vetenskapsakademin och Northwestern University i USA tillverkade en Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ termoelektrisk modul med åtta n-typ Ni/Ti/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ ben och åtta p-typ Ni/Mo/Cu ₂ Se benen.

Deras strategi går utöver den normala designen av TE-moduler baserade på traditionella TE-material, därmed uppnå en hög energiomvandlingseffektivitet på 9,1 procent och utmärkt servicestabilitet. Studien publicerades i Joule .

Den vanliga designen av termoelektriska moduler baserade på traditionella material behöver bara uppnå hög effektivitet eller hög effekt genom att optimera geometrin och gränssnitten mellan materialbenen. Dock, vätskeliknande joner utgör en ny utmaning och servicestabilitet måste inkluderas i designen av termoelektriska moduler baserade på vätskeliknande material.

Under service, spänningen över vätskeliknande material ( V _a ) är direkt relaterad till förhållandet mellan tvärsnittsareorna för p- och n-benen ( A _sid /A _n ). Om det vätskeliknande materialet är av p-typ, desto större A _sid /A _n kommer att leda till en mindre V _a och därmed bättre stabilitet under service.

I den här studien, forskare utvecklade två typer av TE-moduler baserade på vätskeliknande material. De valde Cu ₂ Se och Cu _1,97 S för benen av p-typ och valda Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ -fylld skutterudite för benen av n-typ. Resultaten visade att Cu _1,97 S/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ TE-modulen är inte stabil under service, medan Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ TE-modulen är ganska stabil när A _sid /A _n är högre än fyra.

Tredimensionell numerisk analys visade att hög energiomvandlingseffektivitet kräver det A _sid /A _n vara mellan två och åtta. Således, A _sid /A _n värden mellan fyra och åtta krävs för att samtidigt maximera konverteringseffektiviteten och uppnå god stabilitet.

Forskarna insåg en maximal energiomvandlingseffektivitet på 9,1 procent för Cu ₂ Se/Yb _0,3 Co ₄ Sb ₁₂ termoelektrisk modul, en rekordhög energiomvandlingseffektivitet bland termoelektriska högtemperaturmoduler. Det långvariga åldringstestet bekräftade modulens goda stabilitet.

Denna strategi kan också användas för att designa nya TE-moduler baserade på andra vätskeliknande material som Ag ₉ GaSe ₆ och Zn ₄ Sb ₃ .

Termoelektrisk teknik kan realisera direkt omvandling mellan värme och el. På grund av fördelarna med inget buller, inga rörliga delar, och hög tillförlitlighet, det har väckt stor uppmärksamhet som ett alternativt sätt att mycket effektivt utnyttja energi.