Termoelektrilised

Termoelektrilised materjalid on ained ja seadmed, mis kasutavad termoelektrilisi efekte elektrienergia tootmiseks või jahutamiseks. Peamised termoelektrilised efektid on Seebecki efekt, Peltieri efekt ja Thomson efekt. Seebecki efekt tekib temperatuurierinevuse olemasolul, mille tulemusena tekib elektrivool või -pinge. Peltieri efekt on vastupidine: läbi erinevate juhtide ühenduskohtade vool tekitab soojusvoogu, mis võimaldab jahutamist või kuumutamist. Thomson efekt kirjeldab lisasoojuse või -kadu tekkimist juhul, kui juhtmatus on samaaegne temperatuurigradient ja vool.

Materjalide jõudluse hindamisel keskne on ZT-füüsikaline näitaja, ZT = S^2 σ T / κ, kus S on Seebecki koefitsient, σ elektrijuhtivus, κ termiline juhtivus ja T absoluutne temperatuur. Suurem ZT tähendab kõrgemat efektiivsust. Tavaliselt saavutavad praktilised materjalid ZT väärtusi ligikaudu 1, kuid arendustööd on viinud tulemuseni 2 või rohkem teatud temperatuurivahemikes.

Termoelektriliste materjalide arengus kasutatakse nii traditsioonilisi bismuudi ja telluri baase kui ka arendusmaterjale nagu Bi2Te3 Sb2Te3 segud, PbTe ja enam tähelepanu saanud materjalid (skutterudites, half-Heusler, clathrates). Need võimaldavad erineval temperatuurialal tõsta ZT ja vähendada materjalide maksumust ning toksilisust.

Rakendused hõlmavad jäätmete soojuse muundamist elektrienergiaks tööstuses ja transportides, toiteallikad kaugseadmetele ning kosmosemissioonidel kasutatavad termoelektrilised generaatorid (RTG). Termoelektrilised lahendused on huvitavad energiatõhususe ja jäätmete energiakasutuse parandamiseks, kuid nende laialdasem kasutamise piiratust põhjustavad materjalide hind, toksilisus, kestvus ning süsteemide keerukus.