灵活的热电发电机模块 用于解决浪费能源问题的银弹

由大阪大学领导的一个研究小组开发了一种廉价的大型柔性热电发电机(FlexTEG)模块,具有高机械可靠性,可实现高效发电。通过改变模块两侧顶部电极的方向以及使用半导体芯片的高密度封装,FlexTEG模块在任何单轴方向上都具有更大的灵活性。这提高了来自弯曲热源的废热的回收或热电转换的效率,增强了模块的机械可靠性,因为在模块中的半导体芯片上施加较小的机械应力。

该团队的研究成果发表在Advanced Materials Technologies上。

据说,社会5.0,一个超级智能社会,我们的生活空间将通过各种物联网(物联网)技术联网,将在不久的将来出现。通过有效地回收在环境中发出的废热能来永久发电的热电发电系统是保护全球环境和节约能源的有效手段,并且将该系统应用于下一代物联网设备的能源的研究已经引起关注。

热电转换技术直接将热能转换为电能,反之亦然。由于即使差异很小,它也能根据温差进行能量转换,因此这种下一代技术将有助于能量收集,这一过程可捕获原本会丢失的少量能量。

热电转换是将低温(150℃或更低)废热转换成电能的最合适技术之一,导致使用TEG模块开发发电系统。然而,由于尚未建立可在100-150℃范围内操作的热电发电模块的封装技术,因此该范围的热电发电技术尚未实际应用。此外,用于在室温下发电的模块的生产成本非常高,以至于该技术的应用仅限于特定领域,例如空间应用。

通过以高封装密度将小型热电(TE)半导体芯片安装在柔性基板上,研究人员通过芯片与柔性基板之间的电接触实现了可靠且稳定的粘合,实现了废热的有效回收(热电转换)。在传统的非柔性热电转换模块中,两侧的顶部电极垂直安装在其他顶部电极上,因此模块的曲率受到限制。然而,在这个FlexTEG模块中,所有顶部电极都是平行集成的,在任何单轴方向弯曲时都具有灵活性。这降低了芯片的机械应力,提高了FlexTEG模块的机械(物理)可靠性。

主要作者Tohru Sugahara说:“由于所有半导体封装材料的耐热性(高达约150°C)和模块的机械灵活性,我们的FlexTEG模块将用作转换热电发生器模块,用于150°C的废热它的安装技术基于传统的半导体封装技术,因此可以预期大规模生产和降低热电转换模块的成本。“