Conversion efficiency of skutterudite-based thermoelectric modules

文献情報

出版日 2014-05-16
DOI 10.1039/C4CP01582G
インパクトファクター 3.676
著者

James R. Salvador, Jung Y. Cho, Zuxin Ye, Joshua E. Moczygemba, Alan J. Thompson, Jeffrey W. Sharp, Jan D. Koenig, Ryan Maloney, Travis Thompson, Jeffrey Sakamoto, Hsin Wang, Andrew A. Wereszczak


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要旨

Presently, the only commercially available power generating thermoelectric (TE) modules are based on bismuth telluride (Bi2Te3) alloys and are limited to a hot side temperature of 250 °C due to the melting point of the solder interconnects and/or generally poor power generation performance above this point. For the purposes of demonstrating a TE generator or TEG with higher temperature capability, we selected skutterudite based materials to carry forward with module fabrication because these materials have adequate TE performance and are mechanically robust. We have previously reported the electrical power output for a 32 couple skutterudite TE module, a module that is type identical to ones used in a high temperature capable TEG prototype. The purpose of this previous work was to establish the expected power output of the modules as a function of varying hot and cold side temperatures. Recent upgrades to the TE module measurement system built at the Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques allow for the assessment of not only the power output, as previously described, but also the thermal to electrical energy conversion efficiency. Here we report the power output and conversion efficiency of a 32 couple, high temperature skutterudite module at varying applied loading pressures and with different interface materials between the module and the heat source and sink of the test system. We demonstrate a 7% conversion efficiency at the module level when a temperature difference of 460 °C is established. Extrapolated values indicate that 7.5% is achievable when proper thermal interfaces and loading pressures are used.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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