Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Основные направления в создании термоэлектрических материалов

В настоящее время в связи с интенсивным освоением космоса и глубин морей и океанов, отдаленных и труднодоступных районов земного шара, возрастает потребность в. автономных источниках электроэнергии. Наиболее перспективным методом прямого преобразования энергии, позволяющим создавать автономные источники питания и получившим широкое практическое применение, является термоэлектрический метод.

В связи с микроминиатюризацией радиоэлектронной аппаратуры возникли потребности как в малогабаритных источниках электропитания, так и в миниатюрных охлаждающих и термостабилизирующих устройствах, способных работать при статических и динамических нагрузках, резких температурных колебаниях, в невесомости и безвоздушном пространстве. Успешное решение перечисленных проблем в определенной мере связано с совершенствованием термоэлектрических методов преобразования энергии.

Термоэлектрическая энергетика является сравнительно новой областью техники, и период ее развития насчитывает, по существу, лишь два-три десятилетия. Поэтому представляет несомненный интерес изучение накопленного опыта разработок термоэлектрических материалов (ТЭМ), являющихся основным звеном, обеспечивающим эффективность работы термоэлектрических генераторов (ТЭГ) и термоэлектрических охлаждающих устройств (ТЭОУ), исследование развития технических решений в этой области и выявление наиболее перспективных направлений.

Анализ имеющихся экспериментальных данных в области разработки термоэлектрических материалов свидетельствует о следующем.

1.         Основную часть термоэлектрических материалов составляют системы на основе Bi, Те, Se, Sb, Cd, применяемые для создания генераторных и холодильных термоэлектрических устройств.

2.         Развитие термоэлектрических материалов идет по пути разработки многокомпанентных систем с введением большого количества легирующих добавок.

3.         Разработка многокомпонентных систем идет по пути экспериментального подбора компонентов, входящих в термоэлектрические материалы.

4.         Исследование свойств термоэлектрических материалов основано на экспериментальном определении характеристик разработанных составов, что порождает неоправданное количество мелких научно-исследовательских работ в указанном направлении.

Для решения вопроса о выборе состава материала с необходимыми свойствами для целей термоэлектрического преобразования энергии необходимо провести анализ имеющихся в настоящее время термоэлектрических свойств материалов одно- и двухкомггонентного состава и выявить их закономерности и взаимосвязи,

К термоэлектрическим материалам с точки зрения эффективности преобразования энергии и стабильности их термоэлектрических свойств предъявляются следующие требования.

1.         Высокая механическая и электрическая прочность.

2.         Слабая температурная зависимость характеристик в рабочем диапазоне температур.

3.         Высокая термоэффективность.

4.         Высокая технологичность изготовления материалов.

5.         Высокая химическая стойкость.

6.         Низкая стоимость полупроводниковых термоэлектрических материалов и т.д.

Несмотря на большие достижения в рассматриваемой области, еще есть возможности улучшения термоэлектрических материалов.

Решение проблемы создания высокоэффективных термоэлектрических материалов, как и других - сверхпроводящих, пироэлектрических, электроэрозионностойких и т.д. - идет по двум направлениям:

1)         разработка новых составов термоэлектрических материалов;

2)         усовершенствование технологии их изготовления.

Большую роль здесь также играет выявление взаимосвязи между энергетическим состоянием термоэлектрических материалов и их свойствами.