Termoelektriske

Termoelektriske refererer til fænomener og enheder der konverterer varme til elektricitet eller omvendt ved hjælp af termoelektriske effekter. De tre hovedfænomener er Seebeck-effekten, Peltier-effekten og Thomson-effekten. Seebeck-effekten beskriver, hvordan en temperaturforskel i et materiale fører til en elektrisk spænding. Peltier-effekten viser, at elektrisk strøm gennem en grænse mellem to forskellige materialer kan absorbere eller afgive varme ved grænserne. Thomson-effekten beskriver varmetilførsel eller fjernelse inden for et materiale med temperaturgradient og strøm.

Materialerne i termoelektriske enheder er typisk semiconductorer med høj Seebeck-koefficient, høj elektrisk ledningsevne og lav varmeledningsevne. De mest anvendte kommercielle materialer ved stuetemperatur er Bi2Te3 og Sb2Te3; ved højere temperaturer anvendes PbTe-baserede materialer samt skutteruditter og Half-Heusler-forbindelser. Enhedens effektivitet måles ved ZT, hvor ZT = S^2 σ T / κ, S er Seebeck-koefficienten, σ er elektrisk ledningsevne og κ er varmeledningsevne. Høje ZT-værdier kræver stor S og σ samtidig med lav κ.

Anvendelser spænder fra affaldsvarmegenvinding i industri og transport til termiske køleenheder i elektronik og kølesystemer. I rumfarten bruges termoelektriske generatorer til at omdanne varme fra radioaktive kilder til elektricitet. Udfordringer omfatter relativt lav effektivitet, omkostninger og råmaterialernes toksicitet samt behov for effektive varmevekslere og lav kontaktmodstand.

Forskning fokuserer på at øge ZT gennem nanostrukturering og udvikling af nye materialer som skutteruditter og Half-Heusler-forbindelser, der kombinerer høj Seebeck-koefficient og lav varmeledningsevne uden at ofre elektrisk ledningsevne. Målet er bredere anvendelser og højere ydeevne ved forskellige temperaturer.