热电转换技术在特种电源、绿色能源、高精度温控与制冷等技术领域具有重要的应用价值,受到工业界和学术界的广泛关注。近10余年来,热电材料科学得到前所未有的发展,热电材料性能的标志性指标-无量纲热电优值(ZT)的纪录被不断刷新,多种材料的ZT值超过1.5甚至2.0。然而,工业界所期待的热电应用技术的发展却滞后于热电材料科学的发展。例如,汽车尾气余热发电技术自90年代被提出后已经过去近20年,尽管陆续有数百瓦级示范系统的报道,但尚未实现商业应用。钢铁厂、化工厂等工业高温设备的余废热发电利用也一直受到关注和期待,但目前仍然停留在千瓦级示范系统的研制,尚未获得规模化工业应用。
制约热电发电技术规模化应用的主要瓶颈是器件研发的滞后,尤其是长期以来器件转换效率一直低于10%,直接影响工业应用中能量的有效回收率和经济可行性。热电器件的结构设计需要对几何形状与尺寸、连接方式、电流与热流耦合匹配等复杂体系的多参数进行优化,传统的设计模型很难满足能量损失最小化的要求;同时,器件中存在的各种异质界面(电极/热电材料、热电材料/热电材料、绝缘基板/电极等)更是直接导致热能与电能损失的主要因素,开发低能量损耗的结合技术是国际上热电器件技术领域的竞争焦点。
中国科学院上海硅酸盐研究所陈立东研究员、柏胜强高级工程师带领的团队一直坚持器件优化设计方法和集成关键技术的研究,针对方钴矿、碲化铋等具有重要应用价值的热电材料,成功开发了低界面电(热)阻、高温稳定性优异的电极材料及其结合技术;基于对器件能量输运与转换过程系统的理论分析,针对非线性温度变化的材料性能参数以及多重寄生能量损失的复杂结构体系,建立了三维数值模拟的器件全参数设计方法,实现了对器件能量损失的最小化设计。运用全参数设计方法和低能量损失界面技术,研制成功碲化铋/方钴矿二段结构热电发电器件,器件最大转换效率达到材料理论值的96.9%,在541°C温差下实测转换效率达12%,是目前国际上报道的最高水平。相关研究结果发表于《Energy & Environmental Science》(DOI: 10.1039/ c7ee00447h)。
研究工作得到了国家基础研究973项目、国家自然科学基金、上海市科委、中国科学院等的资助。
图1. 热电发电器件全参数优化设计的逻辑框架。
图2. (a) 二段材料相对高度对转换效率的影响;(b) 界面电阻率对器件转换效率的影响;(c) 器件材料填充率对器件转换效率的影响;(d) 碲化铋/方钴矿二段结构器件制备流程图; (e) 不同温差下器件的转换效率测量结果(图中给出了其它典型器件公开报道的转换效率数据)。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
上海硅酸盐所在高效率热电器件优化设计与集成技术研究中取得重要进展_上海硅酸盐研究所
上海硅酸盐研究所 免费考研网/2018-05-05
相关话题/材料 技术 设计 系统 结构
npj Computational Materials(npj计算材料学)两名编委当选美国工程院院士_上海硅酸盐研究所
2月8日,在美国工程院网站(www.nae.edu/?id=165210)公布的84名新当选院士名单中,中国科学院上海硅酸盐研究所与自然出版集团合办的英文刊npjComputationalMaterials(npj计算材料学)两名编委GerbrandCeder教授和DarrellG.Schlom教授 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所成功研制出新型大尺寸有序结构无机纳米绳及其柔性耐火织物_上海硅酸盐研究所
众所周知,坚硬的矿石和柔软的织物是两类完全不同的物品,很难想象能将二者联系到一起。无机非金属材料通常脆性高,要使其具有高柔韧性是一个很大的挑战。此外,无机纳米纤维由于尺寸小,容易团聚,就好像一团乱麻,很难将其编织成高度有序的结构。最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队发明了一种高 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所在3D打印多功能支架材料研究中取得系列重要进展_上海硅酸盐研究所
目前临床上对于实体瘤的治疗,通常采用以手术切除为主,化疗、放疗为辅的综合疗法。手术切除大部分骨肿瘤组织之后,在原发灶部位会造成大块组织缺损,超过人体自愈范围,因而需要植入组织工程支架进行诱导修复。同时,由于手术很难完全清除肿瘤细胞,为防止肿瘤复发,临床通常会借助传统化疗和放疗手段,而放疗和化疗对病人 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05“古陶瓷多元信息提取技术及应用文化部重点实验室”获批成立_上海硅酸盐研究所
近日,文化部正式公布了第二批文化部重点实验室名单。其中,由中国科学院上海硅酸盐研究所作为依托单位、上海大学作为共建单位的“古陶瓷多元信息提取技术及应用文化部重点实验室”,在上海市文化广播影视管理局推荐的基础上,经专家评审、实地考察等程序,最终获得文化部批准成立。本批次,全国共有12个重点实验室获批, ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05中科院多项成果“入选”习近平主席新年贺词,上海硅酸盐所提供多项关键载荷与材料支撑_上海硅酸盐研究所
2016年12月31日,国家主席习近平发表二〇一七年新年贺词,在列举2016年重大进展时特别提到“‘中国天眼’落成启用,‘悟空’号已在轨运行一年,‘墨子号’飞向太空,神舟十一号和天宫二号遨游星汉”,并表示“这一切,让我们感到欣慰”。其中,中国科学院上海硅酸盐研究所在暗物质粒子探测卫星、“墨子号”量子 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05中国科学院无机功能材料与器件重点实验室召开压电测试方法学术报告会_上海硅酸盐研究所
12月22日,应中国科学院无机功能材料与器件重点实验室李国荣研究员邀请,日本富山县立大学陈智明教授和哈尔滨工业大学郑立梅副教授访问中国科学院上海硅酸盐研究所,并分别作了题为《压电单晶表征方法》和《压电材料全矩阵参数测试方法》的学术报告。主讲人详细介绍了压电晶体的基础知识、计算方法、全矩阵参数测试等内 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室成功举办“功能材料国际学术研讨会”_上海硅酸盐研究所
12月12日,中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室无容器技术与新材料研究课题组主办召开了InternationalMini-workshopon"NovelMaterialsResearch"功能材料国际学术研讨会,来自日本东京工业大学应用陶瓷研究所前所长,世界著名无机功能材 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所荣获“十二五”文物保护科学和技术创新奖一等奖_上海硅酸盐研究所
12月10日,全国文物科技工作会议在北京隆重举行。文化部部长雒树刚,文化部党组成员、国家文物局局长刘玉珠,科学技术部副部长徐南平,国家自然科学基金委员会副主任姚建年,国家标准化管理委员会副主任崔钢,国家文物局副局长顾玉才、宋新潮、关强,国务院办公厅、中宣部、工业和信息化部、国家海洋局、中国科学技术协 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所举办2016年度“清华-天大-华理-上硅所”新材料研讨暨产业前沿科技成果..._上海硅酸盐研究所
12月2日-4日,中国科学院上海硅酸盐研究所与清华大学、天津大学、华东理工大学本着增进友谊、携手发展的宗旨,在太仓市举办新材料研讨暨产业前沿科技成果交流会,太仓市副市长朱万里、上海硅酸盐所副所长黄政仁、曹红梅、清华大学材料学院党委书记潘伟、天津大学材料学院副院长刘家臣、华东理工大学材料学院院长李春忠 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05上海硅酸盐所能源材料研究中心举行学术交流会_上海硅酸盐研究所
12月2日下午,中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心开展了青年学术交流活动,科研人员和研究生约30余人参加了此次交流会,会议由中心支部书记沈沪江主持。 来自固态二次电池材料与器件研究课题组的吴相伟副研究员、叶晓峰副研究员分别作了题为《ZEBRA电池研究进展》和《质子导体型高温电解池及其制氢性 ...上海硅酸盐研究所 上海硅酸盐研究所 免费考研网 2018-05-05