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热电转换效率测量系统PEM
| 产品介绍： 热电转换效率测量系统PEM被设计用来测定热电转换效率η。通过对热电材料模块提供温差500℃，可得到维热流量Q和发电功率P max，从而测定热电转换效率η。
产品点： ♦ 通过高精度的红外线金面反射炉可完成快速性能评估和耐力测试； ♦ 上下表面能提供高达500℃的温度梯度； ♦ 可进行热穿透测量； ♦ 加热过程中，通过气缸机制可以保持接触表面的热阻稳定； ♦ 完成测试仅需设置软件，包括温度稳定性的判断；自动调节热电发电模块的负载以及自动控制温度测量。 |
设备概念图：
设备结构图：
| 上部加热炉 |
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| 下部水冷系统 | |
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设备软件：
热电材料/器件测试设备
应用方向：
♦ 用于测量热电材料的热电转换效率；
♦ 通过热循环实验测试模块的预期寿命。
测试结果：
| 30mm2样品测试结果 | |
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参数配置：
| 测量数值 | 热电转换效率，发电量，热流量 |
| 测试方法 | 维热流输入法 |
| 模块大小 | 方形20mm或30mm或40mm*5-30mmT |
| 加热表面温度 | MAX.800℃ |
| 接触表面压力 | 2MPa（在30mm2样品） |
| 气氛 | 惰性气体 |
应用案例
■ 热界面材料的性能评价
为了防止能量的浪费，用热电转换模块将部分的热能转换为电能从而存储起来是目前的常见做法。热电转换模块是用了热电转换材料的塞贝克效应实现热能到电能的转化的。目前已商用的热电转换模块多采用图1所示的结构，为了提高热电转换的效率，经常在所示位置使用热界面材料（Thermal Interface Materials）以降低接触面之间的热阻。
图1 常见的热电转换模块（TE module）
理想的热界面材料般应具有高导热性、高柔韧性及缘性等性，常见的热界面材料有硅脂、硅胶、相变化材料（聚烯烃树脂、丙烯酸树脂、碳纳米管等）。为了检验不同材料及结构的热界面材料对热电转换效率的影响，制备了以下四种热界面材料（见图2）：a. 单面碳纳米管、b. 双面碳纳米管、c. 无碳纳米管和d. 无热界面材料。
图2 四种结构的热界面材料
使用商用的热电转换模块（Marlow Industries RC3-6-01S）分别与上述四种热界面材料耦合后测量热电转换效率。热电效率的测量采用日本ADVANCERIKO公司生产的热电转换效率测量系统PEM-2，该设备的样品模块见图3.
图3 PEM-2的样品模块
热电转换效率的测量结果见图4，与不使用任何热界面材料相比，单面的碳纳米管热界面材料可以提高35%的热电转换效率而双面的碳纳米管热界面材料可以提高60%的热电转换效率；与仅使用Cu箔作为热界面材料相比，单面和双面的碳纳米管热界面材料可以分别提高10%和25%的热电转换效率。
图4 使用不同热界面材料的热电转换效率测量结果
参考文献：
[1] Kimberly R. Saviers, Stephen L. Hodson, and Timothy S. Fisher. JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER.
发表文章
1. H. Nakatsugawa et al. / Journal of Elec Materi 49, 2802–2812 (2020)
2. X. Tang et al. / Energy Environ. Sci., 2018,11, 1520-1535
3. J. He et al. / Energy Environ. Sci., 2020,13, 2106-2114
4. L. Chen et al. / Nat Commun 6, 8144 (2015)
用户单位：
中国科学院上海硅酸盐研究所
中国科学院大连化学物理研究所
中国科学院福建物质结构研究所
武汉理工大学
南方科技大学
深圳大学
