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熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)PEM
| 產(chǎn)品介紹： 熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)PEM被設(shè)計(jì)用來測定熱電轉(zhuǎn)換效率η。通過對熱電材料模塊提供溫差500℃，可得到維熱流量Q和發(fā)電功率P max，從而測定熱電轉(zhuǎn)換效率η。
產(chǎn)品點(diǎn)： ♦ 通過高精度的紅外線金面反射爐可完成快速性能評估和耐力測試； ♦ 上下表面能提供高達(dá)500℃的溫度梯度； ♦ 可進(jìn)行熱穿透測量； ♦ 加熱過程中，通過氣缸機(jī)制可以保持接觸表面的熱阻穩(wěn)定； ♦ 完成測試僅需設(shè)置軟件，包括溫度穩(wěn)定性的判斷；自動(dòng)調(diào)節(jié)熱電發(fā)電模塊的負(fù)載以及自動(dòng)控制溫度測量。 |
設(shè)備概念圖：
設(shè)備結(jié)構(gòu)圖：
| 上部加熱爐 |
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| 下部水冷系統(tǒng) | |
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設(shè)備軟件：
附：
熱電材料/器件測試設(shè)備
應(yīng)用方向：
♦ 用于測量熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率；
♦ 通過熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)測試模塊的預(yù)期壽命。
測試結(jié)果：
| 30mm2樣品測試結(jié)果 | |
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參數(shù)配置：
| 測量數(shù)值 | 熱電轉(zhuǎn)換效率，發(fā)電量，熱流量 |
| 測試方法 | 維熱流輸入法 |
| 模塊大小 | 方形20mm或30mm或40mm*5-30mmT |
| 加熱表面溫度 | MAX.800℃ |
| 接觸表面壓力 | 2MPa（在30mm2樣品） |
| 氣氛 | 惰性氣體 |
應(yīng)用案例
■ 熱界面材料的性能評價(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. 無碳納米管和d. 無熱界面材料。
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量熱電轉(zhuǎn)換效率。熱電效率的測量采用日本ADVANCERIKO公司生產(chǎn)的熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(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：
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
中國科學(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)
