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松下热电转换元件新制法:单位面积发电量升至4倍

放大字体 缩小字体 发布日期:2016-06-15 23:47:59   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:281


  普通的π型热电转换模块的元件是把利用区熔法*1制作的Bi-Te类晶体材料的铸锭切割成正方体制造而成的。但该方法只能在有限的范围内削减元件尺寸。因为Bi-Te类材料的解理性高,所以难以切割成小尺寸。而且,切割时需要三次切削,材料损耗多,成品率低。据介绍,75%的材料都会变成粉末。

  *1 区熔法:对铸锭的局部进行带状加热使之融化,然后移动融化部分,使杂质集中到融化部分以获得高纯度材料的方法。

  新制法不但元件小,而且只需沿着与玻璃管的轴垂直的方向切割一次即可制造出元件,因此材料损耗少。另外,因为有玻璃保护,解理性高的Bi-Te类材料也不容易损坏,拥有模块厚度方向强度高的优点。

  此外,松下还改进了材料的组成。为了获得更大的电动势,运用第一性原理计算*2进行模拟,由此探明了最佳载流子密度和载流子密度的控制因子。以此为基础,根据使用温度范围设计了材料。

  *2 第一性原理计算:以电子之间、原子核之间、电子与原子核之间的相互作用等量子力学原理为基础,计算物质特性等的方法。

  一次处理16根玻璃管

  实现以极细的玻璃管为单位制作元件这种新创意主要得益于以下两点。

  一是对于晶体生长的控制。这种制法是使晶体沿玻璃管的轴向生长,为此,必须要严格控制玻璃管的上拉速度和冷却条件等。Bi-Te类材料的塞贝克效应具有各向异性,在晶体的生长方向形成温差能发挥更高的电动势。温差相同时,晶体生长方向的发电能力高达垂直方向的2.4倍左右。

  另一点是生产效率的提高。因为切割一根玻璃管只能制造一个元件,生产效率较差。

  因此,松下开发出了可优化上拉速度和冷却效果的专用制造装置。由此控制了元件的结晶状态和载流子密度。另外,该装置一次可批量处理16根玻璃管。这样一来,产能就有望达到1万模块/月。为了实现业务化,“目标是把成本降到数百日元”(前岛)。

  将来还可用于车载用途

  对于这种技术的应用,松下目前瞄准的是在100℃左右低温区域工作的发电器件。前岛表示,“打算作为能量采集的关键技术之一扩大影响力,用于传感器网络系统的局部分散型电源用途”。

  不过,将来还打算用于300~500℃的高温区域,松下寄予厚望的是车载领域。由于可实现小而薄的热电转换模块,因此对配备空间有限的汽车来说非常理想。关于耐振动和耐冲击性能,试制品已经通过了该公司的车载产品试验,今后将测评耐高温性等,探索作为车载元件的可能性。除此之外,还设想用于工厂的废热再利用用途等。

  松下正在为了将新技术用于高温领域而推进材料开发。面向低温区域可以使用Bi-Te类材料,但在高温区域就必须使用其他材料。

  铅(Pb)-Te类材料被视为高温区域的有力候选,不过松下为了减轻对环境的负荷,正在和大学共同开发不使用铅的新材料。“计划用于发电量为KW、MW级的高温区域”(前岛)。

  
 
关键词: 元件 材料 松下

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