哈工大全媒体（张又元 孙雨鑫 文/图）近日，哈工大材料学院隋解和教授团队在热电发电领域取得重要进展，相关成果以《从材料到器件的合理设计使基于（Bi，Sb）2Te3和Mg3（Bi，Sb）2的热电发电效率达到10.5%》（Rational Design from Material to Device Enables Efficiency of 10.5% Based on Thermoelectric (Bi, Sb)2Te3 and Mg3(Bi, Sb)2 for Power Generation）为题发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。该成果为低品质余热回收发电提供了新思路。
提高材料热电性能和优化器件结构尺寸是提升热电转换效率的关键。基于塞贝克效应的热电发电技术能够实现热能向电能的直接转换，为温度在673K以下的低品质余热回收提供了一种高效、可靠且无污染的解决方案。
针对单一热电材料最优性能温度区间窄的问题，团队以p型(Bi, Sb)2Te3和n型Mg3(Bi, Sb)2热电材料为研究对象，首先通过合理的成分设计和微观结构调控大幅提升单一材料的热电性能，其次通过合理设计结构尺寸并采用一步烧结法制备出全温区高性能分段热电臂，集成的热电器件在热端温度673K、温差380K的条件下实现了高达10.5%的转化效率和0.53W cm-2的输出功率密度，有力促进了热电器件在低品质余热回收领域的应用。
哈工大为论文唯一通讯单位，材料学院隋解和教授、郭逢凯博士为论文通讯作者。材料学院博士生孙雨鑫为论文第一作者。材料学院刘紫航教授、蔡伟教授，深圳校区张倩教授，材料学院博士生朱钰可、曲诺、谢亮军、朱建博和硕士生吴昊参与论文相关研究工作。
该研究获国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目和黑龙江省头雁团队项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3EE03411A
材料热电性能的分段优化与一步烧结组装器件的转化效率