Обзор термоэлектрических генераторов: прогресс и применения

Термоэлектрический эффект представляет собой физическое явление, заключающееся в прямом преобразовании тепла в электрическую энергию (эффект Зеебека) или, наоборот, электрического тока в тепло (эффект Пельтье) без движущихся механических частей. Низкая эффективность термоэлектрических устройств ограничила область их применения такими направлениями, как охлаждение, утилизация тепла, выработка электроэнергии и возобновляемая энергетика. Однако для конкретных применений, включая космические зонды, лабораторное оборудование и медицинские устройства, где доступность, надежность и предсказуемость важнее стоимости и эффективности, термоэлектричество обладает значительным потенциалом. Перспектива превращения термоэлектричества в ведущую технологию будущего для утилизации бросового тепла и использования возобновляемых источников энергии получает дополнительный импульс благодаря интеграции нанотехнологий. В настоящем обзоре представлены современные термоэлектрические генераторы, области их применения и последние достижения. Рассмотрены фундаментальные сведения о термоэлектрическом эффекте, основные законы и параметры, влияющие на эффективность традиционных и новых термоэлектрических материалов. Применения термоэлектричества сгруппированы по трем основным направлениям. Первая группа связана с использованием тепла, выделяемого радиоизотопом, для снабжения электроэнергией различных устройств. В этой группе единственным успешным применением термоэлектричества стало освоение космоса. Во второй группе природный источник тепла может оказаться полезным для выработки электроэнергии, однако, поскольку термоэлектричество все еще находится на начальной стадии развития из-за низкой эффективности преобразования, его применения остаются на лабораторном уровне. Третье направление развивается высокими темпами главным образом потому, что исследования финансируются правительствами и/или производителями автомобилей; конечная цель заключается в снижении расхода топлива транспортными средствами и, в конечном счете, смягчении воздействия выбросов парниковых газов.