Практичне використання ефектів Зеєбека та Пельтьє (Огляд)
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2024.319010Ключові слова:
термоелектричні явища, ефект Зеєбека, ефект Пельтьє, прикладне застосування, охолодження, генерування електроенергіїАнотація
Одними з основних проблем сьогодення є глобальне потепління, забруднення довкілля та підвищення вартості електроенергії. Частково вирішити зазначені проблеми можна за допомогою термоелектричних генераторів і засобів термостабілізації різноманітних об’єктів, дія яких ґрунтується на ефектах Зеєбека й Пельтьє. Беззаперечними перевагами термоелектричних засобів є їхня екологічна безпечність, безшумність у роботі та тривалий термін служби, а також можливість безпосереднього виробництва електроенергії з відпрацьованого тепла різноманітних процесів і транспортних засобів. Ефекти Пельтьє й Зеєбека знаходять своє застосування в хімічній технології й споріднених галузях промисловості, відновлювальній енергетиці, будівництві, машино- та приладобудуванні, аерокосмічній й військовій техніці, мікроелектроніці, комп’ютерній техніці, медицині, пристроях особистої гігієни, побуті, а також на транспорті. Проте низький коефіцієнт корисної дії й висока вартість матеріалів перешкоджають широкому поширенню термоелектричної технології, незважаючи на її очевидні переваги. Більш широкого застосування термоелектричних технологій можна очікувати в разі розроблення нових струмопровідних матеріалів з різними рівнями енергії електронів у зоні провідності, зокрема напівпровідних, керамічних і полімерних, а також оптимізації геометрії та структури термоелектричних пристроїв.
Посилання
Thermoelectric effect. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect (дата звернення: 18.06.2024)
CRC Handbook of Thermoelectrics, 1st ed. / Rowe D. M. (ed.). Boca Raton : CRC Press, 1995. 718 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781420049718
Tritt T. M. Thermoelectric Materials: Principles, Structure, Properties, and Applications. In: Buschow K. H. J., Cahn R. W., Flemings M. C., Ilschner B., Kramer E. J., Mahajan S., Veyssière P. (eds.) Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2nd ed. Pergamon : Elsevier Ltd., 2002. P. 1–11. DOI: https://doi.org/10.1016/B0-08-043152-6/01822-2
Іваненко О. І., Носачова Ю. В. Техноекологія. Київ : Видавничий дім «Кондор», 2017. 294 с. URL: https://pdf.lib.vntu.edu.ua/books/2019/Ivanenko_2017_294.pdf
Mikulionok I. O. Stabilization of the temperature of the working medium in the equipment of chemical plants (a survey of patents) // Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol. 51, N 5–6. P. 324–327. DOI: 10.1007/s10556-015-0046-8
Мікульонок І. О. Застосування феромагнітних мате¬ріалів для забезпечення потрібного теплового режиму технологічного обладнання (Огляд) // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2019. № 1. С. 60–72. DOI: https://doi.org/10.33070/etars.1.2019.06
Мікульонок І. О., Іваненко О. І. Застосування феромагнітних матеріалів для стабілізації теплового режиму технологічних процесів (Огляд) // Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» : сер. «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». 2024 № 3 (23). С. 19–38. DOI: 10.20535/2617-9741.3.2024.312417
Jouhara H., Żabnieńska-Góra A., Khordehgah N., Doraghi Q., Ahmad L., Norman L., Axcell B., Wrobel L., Dai S. Thermoelectric generator (TEG) technologies and applications // International Journal of Thermofluids. 2021. Vol. 9. Article 100063. 18 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100063
Jaziri N., Boughamoura A., Müller J., Mezghani B., Tounsi F., Ismail M. A comprehensive review of Thermoelectric Generators: Technologies and common applications // Energy Reports. 2020. Vol. 6, N 7. P. 264–287. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.12.011
Salah W. A., Abuhelwa M. Review of Thermoelectric Cooling Devices Recent Applications // Journal of Engineering Science and Technology. 2020. Vol. 15, N 1. P. 455–476. URL: https://jestec.taylors.edu.my/Vol%2015%20issue%201%20February%202020/15_1_34.pdf
Термопаста. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/Термопаста (дата звернення: 21.06.2024)
Елемент Пельтьє. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/Елемент_Пельтьє (дата звернення: 15.06.2024)
Hebei I. T. (Shanghai) Co., Ltd. Thermoelectric Cooler. TEC1-12706. URL: https://uamper.com/products/datasheet/TEC1-12706.pdf (дата звернення: 15.06.2024)
Freer R., Powell A. V. Realising the potential of thermoelectric technology: a Roadmap // Journal of Materials Chemistry C. 2020. Vol. 8, N 2. P. 441–463. DOI: https://doi.org/10.1039/C9TC05710B
Процеси та обладнання хімічної технології: у 2-х т. / Я. М. Корнієнко, Ю. Ю. Лукач, І. О. Мікульонок, В. Л. Ракицький, Г. Л. Рябцев. Київ : НТУУ «КПІ», 2011. 716 с.
Мікульонок І. О. Механічні, гідромеханічні і масообмінні процеси та обладнання хімічної технології. Київ : НТУУ «КПІ», 2014. 340 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/38169
Мікульонок І. О. Технологічні основи перероблення полімерів, пластмас і гумових сумішей. Київ : НТУУ «КПІ», 2015. 312 с.
Мікульонок І. О. Технологічні основи перероблення полімерних матеріалів. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. 293 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/35084
Мікульонок І. О. Інноваційні змішувачі хімічної технології. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. 132 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/49568
Мікульонок І. О. Контактні та допоміжні пристрої тепломасообмінних колон. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. 194 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/50142
Мікульонок І. О., Гавва О. М., Кривопляс-Володіна Л. О. Інноваційне обладнання для приготування та перероблення полімерних матеріалів і гумових сумішей. Київ : НУХТ, 2022. 139 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/57427
Мікульонок І. О. Інноваційне теплообмінне обладнання. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023. 142 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/60632
Champier D. Thermoelectric generators: A review of applications // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 140. P. 167–181. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2017.02.070
Liu X., Qu M., Nguyen A. P. T., Dilley N. R., Yazawa K. Characteristics of new cement-based thermoelectric composites for low-temperature applications // Construction and Building Materials, 2021. Vol. 304. Article 124635. 17 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124635,
He W., Zhang G., Zhang X., Ji J., Li G., Zhao X. Recent development and application of thermoelectric generator and cooler // Applied Energy. 2015. Vol. 143. 25 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.075
Mikulionok I. O. Classification of Means of Enhancement of Heat Transfer from the Outer Surface of Pipes (Survey of Patents) // Chemical and Petroleum Engineering. 2019. Vol. 55, N 5–6. P. 491–499. DOI: 10.1007/s10556-019-00651-4
Zhang Q., Deng K., Wilkens L., Reith H., Nielsch K. Micro-thermoelectric devices // Nature Electronics. 2022. Vol. 5, N 6. P. 333–347. DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-022-00776-0
Mardini-Bovea J., Torres-Díaz G., Sabau M., De-la-Hoz-Franco E., Niño-Moreno J., Pacheco-Torres P. J. A review to refrigeration with thermoelectric energy based on the Peltier effect. DYNA. 2019. Vol. 86, N 208. P. 9–18. DOI: http://doi.org/10.15446/dyna.v86n208.72589
El-Demsisy H. A., Asham M. D., Louis D. S., Phillips A. H. Thermoelectric Seebeck and Peltier effects of single walled carbon nanotube quantum dot nanodevice // Carbon Letters. 2017. Vol. 21. P. 8–15. DOI: http://dx.doi.org/10.5714/CL.2017.21.008
Cao T., Shi X.-l., Chen Z.-g. Advances in the design and assembly of flexible thermoelectric device // Progress in Materials Science. 2023. Vol. 131. Article 101003. 187 p. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2022.101003
Ding J., Zhao W., Jin W., Di C.‐a., Zhu D. Advanced Thermoelectric Materials for Flexible Cooling Application // Advanced Functional Materials. 2021. Vol. 31, N 20. Article 2010695. 17 p. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202010695
Chatterjee K., Ghosh T. K. Thermoelectric Materials for Textile Applications. Molecules. 2021. Vol. 26, N 11. Article 3154. 26 p. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules26113154
Zhu S., Fan Z., Feng B., Shi R., Jiang Z., Peng Y., Gao J., Miao L., Koumoto K. Review on Wearable Thermoelectric Generators: From Devices to Applications // Energies. 2022. Vol. 15, N 9. Article 3375. 27 p. DOI: https://doi.org/10.3390/en15093375
Zhao Y., Liu L., Zhang F., Di C., Zhu D. Advances in organic thermoelectric materials and devices for smart applications // SmartMat. 2021. Vol. 2, N 4. P. 426–445. DOI: https://doi.org/10.1002/smm2.1034
Hu B., Shi X.-L., Zou J., Chen Z.-G. Thermoelectrics for medical applications: Progress, Challenges, and Perspectives // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 437, Part 2. Article 135268. 56 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135268
Wang L., Zhang K. Textile‐Based Thermoelectric Generators and Their Applications // Energy & Environmental Materials. 2020. Vol. 3, N 1. P. 67–79. DOI: https://doi.org/10.1002/eem2.12045
Balasubramanian R. Overview of the use of Peltier’s modules in technology // Modern Engineering. 2020. N 1. P. 11–17. URL: https://3pn-gw.ocean.icm.edu.pl/articles/132033
Shittu S., Li G., Zhao X., Ma X. Review of thermoelectric geometry and structure optimization for performance enhancement // Applied Energy. 2020. Vol. 268. Article 115075. 64 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115075
Yang L., Chen Z.-G., Dargusch M. S., Zou J. High Performance Thermoelectric Materials: Progress and Their Applications // Advanced Energy Materials. 2018. Vol. 18, N 6. Article 1701797. 28 p. DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201701797
Uchida K.-i., Heremans J. P. Thermoelectrics: From longitudinal to transverse // Joule. 2022. Vol. 6, N 10. P. 2240–2245. DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.08.016
Chen R., Lee J., Lee W., Li D. Thermoelectrics of Nanowires // Chemical Reviews. 2019. Vol. 119, N 15. P. 9260–9302. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00627
Soleimani Z., Zoras S., Ceranic B., Shahzad S., Cui Y. A review on recent developments of thermoelectric materials for room-temperature applications // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2020. Vol. 37. Article 100604. 29 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seta.2019.100604
Baskaran P., Rajasekar M. Recent trends and future perspectives of thermoelectric materials and their applications // RSC Advances. 2024. Vol. 14, N 30. P. 21706–21744. DOI: https://doi.org/10.1039/d4ra03625e
Zoui M. A., Bentouba S., Stocholm J. G., Bourouis M. A Review on Thermoelectric Generators: Progress and Applications // Energies. 2020. Vol. 13, N 14. Article 3606. 32 p. DOI: https://doi.org/10.3390/en13143606
Zhao D., Würger A., Crispin X. Ionic thermoelectric materials and devices // Journal of Energy Chemistry. 2021. Vol. 61. P. 88–103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.02.022
Uchida K.-i., Adachi H., Kikkawa T., Kirihara A., Ishida M., Yorozu S., Maekawa S., Saitoh E. Thermoelectric Generation Based on Spin Seebeck Effects //Proceedings of the IEEE. 2016. Vol. 104, N 10. P. 1946 – 1973. DOI: 10.1109/JPROC.2016.2535167
Sun P., Kumar K. R., Lyu M., Wang Z., Xiang J., Zhang W. Generic Seebeck effect from spin entropy. The Innovation. 2021. Vol. 2, N 2. Article 100101. 6 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100101
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Ігор Олегович Мікульонок, Олена Іванівна Іваненко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
