Разработка технологии производства нового поколения высокоэффективных термоэлектрических модулей на наноструктурированных материалах для генерации электроэнергии.

Россия традиционно является мировым лидером в области термоэлектричества. Фундамент был заложен еще академиком А.Ф. Иоффе в 50-х годах прошлого века. И советскими научно-исследовательскими и технологическими коллективами за прошедшие десятилетия были  разработаны лучшие из существующих сегодня технологий в данной области техники. Но и современная наука не стоит на месте. На основе новых исследований и с учетом советских разработок становится возможным существенное повышение КПД и снижение стоимости производства термоэлектрических преобразователей энергии.

На сегодняшний момент известен ряд материалов, имеющих наилучшие термоэлектрические свойства. Для каждого материала характерен свой диапазон температур, в которых его термоэлектрическая добротность максимальна. Изготовление каскадных термоэлектрических элементов позволяет получить максимальную добротность в широком диапазоне температур – от комнатной до 600-700 град. C. Такой элемент имеет существенно более высокий КПД преобразования тепловой энергии в электрическую по сравнению с существующими серийными изделиями: до 10-12% против 4-5%.

Опыт изготовления термоэлектрических модулей в нашей стране показывает основные направления возможного повышения их эффективности. В частности, возможно уменьшение толщин антидиффузионных и изолирующих слоев, которое ранее было технологически недоступно в силу отсутствия необходимого оборудования.

В последнее время широкое распространение в области научно-исследовательских работ по термоэлектричеству получило наноструктурирование. Получаемые в лабораториях наноструктурированные термоэлектрические вещества традиционного химического состава показывают стабильное улучшение своей добротности (на 15-20%).  Как правило используется измельчение материала в планетарной мельнице с последующим прессованием методом SPS. Такие работы выполняют как иностранные, так и российские научные центры. Однако технологии производства термоэлектрических модулей, имеющих в своем составе вышеописанные наноструктурированные вещества, пока не существует.

Целью проекта является совмещение лучших термоэлектрических материалов и конструкционных решений для генераторных термоэлектрических модулей. Для этого будет разработана технология изготовления наноструктурированных каскадных термоэлементов p и n типов проводимости и зачехленных герметизированных модулей на их основе.

 

Некоторые направления, где нужны термоэлектрические модули для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую:

 

— для утилизации вторичного тепла на электростанциях

— для технологических решений, направленных на комплексное использование электроэнергии и энергоресурсов

— для повышения энергоэффективности ЖКХ и в сфере теплосетевого хозяйства

— для автономного электро- и теплоснабжения