Oxide-based High Temperature Thermoelectric Generators - Development of Integrated Design Technique and Construction of a Thermoelectric Module

摘要

Termoelektriske generatorer er enheder der omsætter en temperaturforskel til elektrisk strøm igennem den såkaldte Seebeck effekt. Disse generatorer, der er kendetegnet ved forholdsvist lave virkningsgrader men høj robusthed, viser sig at være velegnede til niche områder indenfor konvertering af varme til el. I årtier har forskerne primært været fokuseret på udvikling af termoelektriske (TE) materialer. Således er design af selve TE modulet stadig et relativt jomfrueligt forskningsområde, når man sammenligner med TE materiale udvikling. Denne afhandling omhandler udvikling, modellering og optimering af termoelektriske generatorer (TEG) til høj temperatur (/700/°C) applikationer hvori disse indpasses. Oxidbaserede TE materialer har været brugt som kernen i TEG på grund af fokus på højtemperatur applikationer, og disse materialers høje stabilitet under sådanne forhold. Arbejdet har inkluderet udvikling af nye optimeringsstrategier baseret på eksisterende TEG design teknikker. Numeriske modelleringsmetoder er blevet anvendt til at opstille beregningsmetoder, der er blevet udviklet i løbet af dette arbejde. Unileg TEG konceptet blev introduceret til oxide thermoelectrics for at håndtere misforholdet mellem p og n benets termoelektriske ydeevne, og fordelene ved dette koncept er blevet undersøgt igennem brug af de udviklede desingmetoder. En sammenligning af Reduced Current Approach og Ioffe’s metode til at beregne det optimale arealforhold har resulteret i udvikling af en ingeniørmæssig tilgang til arbejdet med at designe komplekse TEG, hvilket resulterer i en mere direkte og resultatorienteret beregningsgang.