当前位置: 深圳新闻网首页>原创新闻>

大幅提高热电转换效率!南科大团队在热电材料领域取得重要进展

条评论立即评论

大幅提高热电转换效率!南科大团队在热电材料领域取得重要进展

分享

​近日,南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队在热电材料能量转换研究中取得重要进展,相关成果以《在n型Bi2Te3基热电材料中实现创纪录的高性能》为题在能源和环境领域顶级期刊Energy & Environmental Science在线发表。这是何佳清团队继今年1月发表“基于低成本PbS基热电材料实现高效废热发电”的研究工作后,再次在该期刊上发表最新成果。

见圳客户端.深圳新闻网2020年6月28日讯(见圳客户端、深圳新闻网记者 金洪竹)近日,南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队在热电材料能量转换研究中取得重要进展,相关成果以《在n型Bi2Te3基热电材料中实现创纪录的高性能》为题在能源和环境领域顶级期刊Energy & Environmental Science在线发表。这是何佳清团队继今年1月发表“基于低成本PbS基热电材料实现高效废热发电”的研究工作后,再次在该期刊上发表最新成果。

目前,能源利用体系中超过60%的能量以废热的形式排放到环境中,其中50%以上的废热属于难以回收利用的低温(<600K)、低品质废热。热电材料由于其可将热能和电能直接转换的特性,能有效回收和利用体系中的低品质废热,从而受到人们广泛关注。在实际应用中,需要p型和n型两种热电半导体材料来组成热电器件,这两种热电半导体的匹配度越好,理论上由其制成的热电器件的热电转换效率越高。

作为目前唯一在室温附近被广泛商业应用为制冷的热电材料,Bi2Te3基热电材料是一种非常有潜力的可用于低品质废热回收且对环境友好的材料。p型Bi2Te3基热电材料性能极高,但缺乏相对应的高性能n型材料,一定程度上限制了其热电器件在商业上的应用。何佳清团队在n型Bi2Te3材料中复合过量的Te单质,通过烧结使Te单质熔化流出,在基体中引入位错阵列。该位错阵列一方面增强了材料的择优取向,优化了迁移率;另一方面结构的变化导致材料形变激活能波动,从而在导带中形成能量势阱,局域化低能电子,有效提高Seebeck系数,进而大幅提升功率因子。

在此基础上,通过Sb的复合掺杂,进一步优化载流子浓度,同时构建多尺度的纳米散射机制,使材料中同时存在位错阵列、晶格扭曲、刃型位错以及点缺陷,显著降低晶格热导率。此外,课题组制备了由Bi1.8Sb0.2Te2.7Se0.3 +15 wt% Te的n型热电腿和Bi0.5Sb1.5Te3的p型热电腿组成的热电发电元器件,可实现6.6%的能量转换效率,突破了目前Bi2Te3基热电器件转换效率的记录。

据悉,该研究得到了国家自然科学基金重点项目、教育部重点实验室、广东省领军人才计划和深圳市科技创新委员会基金等项目的资助。

[见圳客户端、深圳新闻网编辑:刘婷]