Desarrollo y caracterización de estructuras termoeléctricas con pellets constituidos por nuevos materiales y geometrías no estándar
Amb els materials utilitzats actualment en la fabricació de les cèl·lules termoelèctriques i amb les geometries utilitzades, no és possible millorar, en un rang determinat de temperatures, característiques tals com la figura de mèrit i el COP de estructures. La comunitat científica intenta augmentar...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Publication Date: | 2006 |
| Country: | España |
| Institution: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repository: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Language: | Spanish |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/93654 |
| Online Access: | https://hdl.handle.net/2117/93654 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-93654 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | coefficient of performance seebeck peltier termoelectricidad semiconductor Termoelectricitat Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria electrònica |
| Summary: | Amb els materials utilitzats actualment en la fabricació de les cèl·lules termoelèctriques i amb les geometries utilitzades, no és possible millorar, en un rang determinat de temperatures, característiques tals com la figura de mèrit i el COP de estructures. La comunitat científica intenta augmentar el factor de mèrit buscant nous materials, els sistemes de baixa dimenssionalitat, els punts quàntics i super-xarxes. Tant sols uns pocs realitzen investigació dels fenòmens termoelèctrics sense utilitzar nous materials, buscant una major comprensió de los principis físics que regulen aquests fenòmens.<br/>Es possible contemplar, en la recerca de la millora dels mòduls termoelèctrics, las dos tendències a la vegada; és a dir, buscar una major comprensió de los principis físics i a la vegada assajar nous materials. Per aquesta raó, la tesi realitza tant l'estudi de la influencia de la geometria i de les propietats termoelèctriques de les thermo-couples sobre les propietats dels mòduls termoelèctrics, com el desenvolupament, la caracterització i testejat de varies cèl·lules basades en diferents materials caracteritzats en el grup de investigació.<br/>Concretament, en esta tesi, s'han caracteritzat nous mòduls termoelèctrics amb materials (Bi2Te3)1-x-y (Sb2Te3)x (Sb2Se3)y crescuts amb tècniques de cristal·lització de Bridgeman, i també altres mòduls amb thermo-couples de materials com són les Skutterudites basades en el Zn4Sb3 - CoSb3 amb creixement a base de nanotecnologia. En tots els desenvolupaments s'assagen noves geometries no estàndard i es caracteritza i compara el seu comportament en un rang de temperatures entre 300 i 650 ºK.<br/>La caracterització s'ha realitzat a partir de las característiques intrínseques relacionades amb les propietats termoelèctriques dels materials constituents de les thermo-couples i la seva geometria; tot determinant el comportament del mòdul funcionant tant com bomba de calor i refrigerador com generador en el rang de temperatures considerat.<br/>Veient que aquests aspectes relacionats tant amb la geometria del semiconductor com amb les seves propietats intrínseques i la seva interacció en un modelo inicialment unidimensional, són tractats a la literatura mitjançant formes bàsiques, s'ha considerat necessari profunditzar sobre aquestes influències. La qual cosa ha permès construir i caracteritzar mòduls no estàndard, amb pellets configurats amb diferents geometries i obtenint bones prestacions en el rang de temperatures considerat.<br/> També el comportament en freqüència és molt poc tractat en el modelat de les estructures termoelèctriques, i tanmateix hi ha aplicacions que requereixen un anàlisi en freqüència i a més aquestes aplicacions estan relacionades amb la miniaturització de la cèl·lula i la seva inèrcia en la resposta. Aquesta tesi, considerant aquest aspecte útil en l'objectiu de la caracterització, ha treballat el comportament en freqüència; aconseguint desenvolupar, caracteritzar i construir un sistema termoelèctric no estàndard per a una aplicació industrial i amb una inèrcia en la resposta que no compleix cap sistema comercial estàndard fins el moment.<br/> Per aconseguir l'objectiu de desenvolupar i caracteritzar estructures termoelèctriques amb pellets constituïts per nous materials i geometries no estàndard, la tesi (un cop examinat l'estat de l'art tant en l'aspecte del modelat com en l'estudi dels fenòmens termoelèctrics), segueix el següent seqüència:<br/><br/>1) Estudi i anàlisis de la influència del model en la caracterització de les cèl·lules.<br/>2) Estudi i anàlisis de la influència tant de les propietats com de la geometria dels pellet i de la pròpia cèl·lula.<br/>3) Desenvolupament i caracterització de 5 cèl·lules termoelèctriques en el rang de 270 a 650ºK; una d'elles con un temps de inèrcia molt baix per a una aplicació industrial.<br/>4) Construcció i testejat de totes las plaques caracteritzades.<br/>5) Comparació del comportament i de les propietats de totes las cèl·lules i thermo-couples. |
|---|