小型温差发电技术研究
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作者:宋其军 黄凯
摘 要：发现塞贝克效应以来，国外对温差发电进行了大量研究。温差发电芯片采用独特的薄膜技术加工制造而成，生产工艺结合微电子薄膜和类似MEMS芯片技术，在4cm2内的温度变化可以产生0.5～5V的电压，可持续供电。本文利用温差芯片、散热片、4mm厚钢板、铜柱、热传导橡胶，USB连接装置等，制造一个野外小型温差手机充电装置利用外部火源对仪器进行加热产生高温热源，冷水即为低温热源，二者结合即可给手机充电。
关键词：温差发电片 温差发电 塞贝克效应
中图分类号：TM913 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0089-02
Abstract： Since Seebeck discovered Seebeck effect in 1821， a great deal of research has been done on thermoelectric generation abroad. The thermoelectric generation chip is manufactured by a unique thin film technology. The production process combines microelectronic thin film and similar MEMS chip technology. The temperature change within 4cm2 can generate a voltage of 0.5-5V， which can continuously supply power. This project uses temperature difference chip， heat sink， 4mm thick steel plate， copper column， heat conduction rubber， USB connection device， etc. to manufacture a small field temperature difference mobile phone charging device， which uses external fire source to heat the instrument to generate high temperature heat source， and cold water is the combination of low temperature heat source to charge the mobile phone.
Key Words： Thermoelectric disc; Thermoelectric generation; Sebeck effect
德國物理学家赛贝克发现，在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两点接触的温度不同时，回路中会产生一个电势[1]。汤姆逊利用他的热力学理论从理论上预言了一种新的温差电效应，当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量[2]。虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出，以及一批高性能热电转换材料的开发成功，温差电技术的研究又重新成为热点，但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高[3]。本课题利用上述原理制作了一个简易的野外手机发电项目。
1 本课题主要应用原理
温差发电原理：在金属中高低温热源温度不同，温度高的一端自由电子动能大并且向温度低的一端进行热扩散，自由电子向低温热源扩散从而形成电势差建立内电场，这种效应一直持续到高低温热源电势差平衡为止。
塞贝克效应：在不同种金属组成的闭合回路中两种金属两端温度不同时产生温差电效应。
2 温差发电应用前景应用及温差发电电路图
2.1 温差发电前景与优势分析
传统能源主要以矿物化石能源为主，由于近几十年人类对化石能源的过度消耗导致人类面临资源枯竭和环境问题的挑战。太阳能是绿色环保能源，温差发电可以直接将太阳能转化为电能并且简化发电系统结构，具有良好的发展前景。传统的太阳能热发电方式都用发电机或者蒸汽轮机作源动机，噪音很大并普遍造成环境污染，而温差发电技术无运动部件，无噪声且不需要维护，简化发电结构，可自由调节温差发电模块的数量等优势。
2.2 小型温差发电项目电路图以及说明
热源由蜡烛提供，冷源为水，Tn金属1，Tc金属2，P和N为一对电偶，Rl接DCDC和USB。
热源自由电荷经P区向下扩散，自由电子则经N区向上移动，理论上60℃即可产生5V电压，接通电路电压经DCDC稳压输出标准5V电压给手机充电，蜡烛产生的火焰温度被硅胶吸收并稳定发散自热源金属片表面，不仅可以均匀受热，也可防止电压过大烧毁器件。
3 结语
回路中两种不同金属，金属两端温度不同时可形成电势，但产生得电势靠温差大小决定，产生等量得温差所耗费得能源更多，由此得出现阶段温差发电任处于低效。但是我们相信以后可以开发出更好的电导材料使温差发电效率提高。
参考文献
[1] 翟秀静，刘奎仁，韩庆.新能源技术温差能发电[D].东北大学，2010.
[2] 杨名舟.中国新能源[J].温差能，2013（5）：284-289.
[3] 李健保，李健峰.新能源材料及其应用技术[J].温差电池，温差发电系统，2005（11）：301-304.
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