小型溫差發電技術研究

宋其軍 黃凱

摘? ?要：發現塞貝克效應以來，國外對溫差發電進行了大量研究。溫差發電芯片采用獨特的薄膜技術加工制造而成，生產工藝結合微電子薄膜和類似MEMS芯片技術，在4cm2內的溫度變化可以產生0.5～5V的電壓，可持續供電。本文利用溫差芯片、散熱片、4mm厚鋼板、銅柱、熱傳導橡膠，USB連接裝置等，制造一個野外小型溫差手機充電裝置利用外部火源對儀器進行加熱產生高溫熱源，冷水即為低溫熱源，二者結合即可給手機充電。

關鍵詞：溫差發電片? 溫差發電? 塞貝克效應

中圖分類號：TM913? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0089-02

Abstract： Since Seebeck discovered Seebeck effect in 1821， a great deal of research has been done on thermoelectric generation abroad.? The thermoelectric generation chip is manufactured by a unique thin film technology. The production process combines microelectronic thin film and similar MEMS chip technology. The temperature change within 4cm2 can generate a voltage of 0.5-5V， which can continuously supply power.? This project uses temperature difference chip， heat sink， 4mm thick steel plate， copper column， heat conduction rubber， USB connection device， etc. to manufacture a small field temperature difference mobile phone charging device， which uses external fire source to heat the instrument to generate high temperature heat source， and cold water is the combination of low temperature heat source to charge the mobile phone.

Key Words： Thermoelectric disc; Thermoelectric generation; Sebeck effect

德國物理學家賽貝克發現，在兩種不同金屬所組成的閉合回路中，當兩點接觸的溫度不同時，回路中會產生一個電勢[1]。湯姆遜利用他的熱力學理論從理論上預言了一種新的溫差電效應，當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量[2]。雖然最近幾年隨著能源與環境危機的日漸突出，以及一批高性能熱電轉換材料的開發成功，溫差電技術的研究又重新成為熱點，但突破的希望還是在于轉換效率的穩定提高[3]。本課題利用上述原理制作了一個簡易的野外手機發電項目。

1? 本課題主要應用原理

溫差發電原理：在金屬中高低溫熱源溫度不同，溫度高的一端自由電子動能大并且向溫度低的一端進行熱擴散，自由電子向低溫熱源擴散從而形成電勢差建立內電場，這種效應一直持續到高低溫熱源電勢差平衡為止。

塞貝克效應：在不同種金屬組成的閉合回路中兩種金屬兩端溫度不同時產生溫差電效應。

2? 溫差發電應用前景應用及溫差發電電路圖

2.1 溫差發電前景與優勢分析

傳統能源主要以礦物化石能源為主，由于近幾十年人類對化石能源的過度消耗導致人類面臨資源枯竭和環境問題的挑戰。太陽能是綠色環保能源，溫差發電可以直接將太陽能轉化為電能并且簡化發電系統結構，具有良好的發展前景。傳統的太陽能熱發電方式都用發電機或者蒸汽輪機作源動機，噪音很大并普遍造成環境污染，而溫差發電技術無運動部件，無噪聲且不需要維護，簡化發電結構，可自由調節溫差發電模塊的數量等優勢。

2.2 小型溫差發電項目電路圖以及說明

熱源由蠟燭提供，冷源為水，Tn金屬1，Tc金屬2，P和N為一對電偶，Rl接DCDC和USB。

熱源自由電荷經P區向下擴散，自由電子則經N區向上移動，理論上60℃即可產生5V電壓，接通電路電壓經DCDC穩壓輸出標準5V電壓給手機充電，蠟燭產生的火焰溫度被硅膠吸收并穩定發散自熱源金屬片表面，不僅可以均勻受熱，也可防止電壓過大燒毀器件。

3? 結語

回路中兩種不同金屬，金屬兩端溫度不同時可形成電勢，但產生得電勢靠溫差大小決定，產生等量得溫差所耗費得能源更多，由此得出現階段溫差發電任處于低效。但是我們相信以后可以開發出更好的電導材料使溫差發電效率提高。

參考文獻

[1] 翟秀靜，劉奎仁，韓慶.新能源技術溫差能發電[D].東北大學，2010.

[2] 楊名舟.中國新能源[J].溫差能，2013（5）：284-289.

[3] 李健保，李健峰.新能源材料及其應用技術[J].溫差電池，溫差發電系統，2005（11）：301-304.