Использование гибких термоэлектрических генераторов (ТЭГ) – перспективное решение проблемы энергоснабжения носимой электроники с автономным питанием. ТЭГ напрямую преобразовывают тепловую энергию в электрическую и обеспечивают плотный тепловой контакт с различными развитыми поверхностями. В работе представлена технология разработки и изготовления гибкого ТЭГ методом трафаретной печати из модифицированных суспензий. Для формирования ветвей n- и p-типа использованы суспензии на основе порошков термоэлектрических материалов Bi2Te2,8Se0,2 и Bi0,5Sb1,5Te3 соответственно, модифицирующей добавки нанопорошка оксида меди (0,1 масс. %) и водного щелочного раствора силиката натрия в качестве связующего. Разработанный ТЭГ включает в себя 12 пар ветвей n- и p-типа. В качестве гибкого основания использована силиконовая матрица размером 35 44 3 мм. Установлено, что модифицирование суспензий позволяет повысить плотность мощности, вырабатываемой разработанным гибким термоэлектрическим генератором, в 7,5 раз по сравнению с ТЭГ на основе ветвей из немодифицированных суспензий. Показано, что при низких температурах термоЭДС разработанных гибких ТЭГ соответствует термоЭДС ТЭГ, описанных в литературных источниках, и ТЭГ, изготовленных без применения добавок. В то же время при увеличении перепада температур на горячем и холодном спаях термоЭДС рассматриваемого ТЭГ значительно выше. Предложенная технология перспективна и может быть использована для формирования ветвей термоэлементов гибких ТЭГ.
-
Ключевые слова:
термоэлектрические материалы, термоэлектрический генератор, термоЭДС
-
Опубликовано в разделе:
Технологические процессы и маршруты
-
Библиографическая ссылка:
Волощук И. А., Терехов Д. Ю., Штерн М. Ю., Шерченков А. А. Технология формирования гибкого термоэлектрического генератора методом трафаретной печати модифицированных суспензий на основе твердых растворов Bi2Te3-Bi2Se3 и Bi2Te3-Sb2Te3 // Изв. вузов. Электроника. 2025. Т. 30. № 1. С. 16–23. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2025-30-1-16-23. EDN: CTFBZW.
-
Источник финансирования:
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 20-19-00494).
1. Kumar S., Tiwari P., Zymbler M. Internet of Things is a revolutionary approach for future technology enhancement: A review // J. Big Data. 2019. Vol. 6. Art. No. 111.
https://doi.org/10.1186/s40537-019-0268-2
2. Zhang L., Shi X.-L., Yang Y.-L., Chen Z.-C. Flexible thermoelectric materials and devices: From materials to applications // Mater. Today. 2021. Vol. 46. P. 62–108.
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.016
3. Tian R., Liu Y., Koumoto K., Chen J. Body heat powers future electronic skins // Joule. 2019. Vol. 3. Iss. 6. P. 1399–1403.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.03.011
4. Ink processing for thermoelectric materials and power-generating devices / S. Jo, S. Choo, F. Kim et al. // Adv. Mater. 2019. Vol. 31. Iss. 20. Art. ID: 1804930.
https://doi.org/10.1002/adma.201804930
5. Flexible thermoelectric materials and generators: Challenges and innovations / Y. Wang, L. Yang, X.-L. Shi et al. // Adv. Mater. 2019. Vol. 31. Iss. 29. Art. ID: 1807916.
https://doi.org/10.1002/adma.201807916
6. Siddique A. R. M., Mahmud S., Heyst B. van. A review of the state of the science on wearable thermo-electric power generators (TEGs) and their existing challenges // Renewable Sustainable Energy Rev. 2017. Vol. 73. P. 730–744.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.177
7. Voloshchuk I. A., Terekhov D. Yu. Investigation of the electrical contact to the thermoelectric legs fabricated by screen-printing method // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow: IEEE, 2021. P. 2501–2505.
https://doi.org/10.1109/ElConRus51938.2021.9396295
8. Flexible thermoelectric generator fabricated by screen printing method from suspensions based on Bi2Te2.8Se0.2 and Bi0.5Sb1.5Te3 / I. Voloshchuk, A. Babich, S. Pereverzeva et al. // J. Cent. South Univ. 2023. Vol. 30. P. 2906–2918.
https://doi.org/10.1007/s11771-023-5257-0
9. Thermoelectric properties of efficient thermoelectric materials on the basis of bismuth and antimony chalcogenides for multisection thermoelements / M. Shtern, M. Rogachev, Yu. Shtern et al. // J. Alloys Compd. 2021. Vol. 887. Art. ID: 160328.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160328
10. Волощук И. А., Терехов Д. Ю. Электрофизические свойства ветвей толстопленочных термоэлементов на основе термоэлектрических материалов системы Bi-Te-Se и Bi-Sb-Te, легированных нанопорошком CuO // Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. молодежн. конф. (Томск, 17–21 окт. 2022). Томск: Нац. исслед. Томский политехн. ун-т, 2022. С. 161–164. EDN: ZDQQXM.
Voloshchuk I. A., Terekhov D. Yu. Electrophysical properties of legs of thick-film thermoelements based on thermoelectric materials of the Bi-Te-Se and Bi-Sb-Te system doped with CuO nanopowder. Perspektivnyye materialy konstruktsionnogo i funktsional’nogo naznacheniya, proceedings of International sci. and tech. conf. for young researchers (Tomsk, Oct. 17–21, 2022). Tomsk, National Research Tomsk Polytech. Univ., 2022, pp. 161–164. (In Russian).
11. Wearable thermoelectric generator for harvesting human body heat energy / M.-K. Kim, M.-S. Kim, S. Lee et al. // Smart Mater. Struct. 2014. Vol. 23. No. 10. Art. No. 105002.
https://doi.org/10.1088/0964-1726/23/10/105002