Metodología novedosa para la caracterización de módulos y materiales termoeléctricos
PDF (English)
HTML (English)

Palabras clave

caracterización termoeléctrica
método de Harman
método de prueba transitorio
constantes de tiempo termoeléctricas
frecuencias angulares termoeléctricas
figura de mérito

Cómo citar

Pirela, R., & Velásquez, S. (2024). Metodología novedosa para la caracterización de módulos y materiales termoeléctricos. Athenea, 5(15), 29-40. https://doi.org/10.47460/athenea.v5i15.72

Resumen

El documento presenta una metodología innovadora que combina teorías de respuesta forzada y respuesta natural en materiales y dispositivos termoeléctricos. Destaca por expresar la figura de mérito termoeléctrica en términos de la relación de dos temperaturas ZT=∆T′/∆T, permitiendo ensayos completos y caracterizaciones precisas de módulos y materiales termoeléctricos, incluyendo mediciones de conductancia térmica, resistencia eléctrica, coeficiente de Seebeck y figura de mérito. Además, aborda la obtención de resistencias térmicas y capacitancias térmicas relacionadas con contactos térmicos, así como la determinación de constantes de tiempo características y frecuencias angulares. Este enfoque, aplicable tanto a dispositivos modulares como a muestras individuales, posibilita la medición simultánea de todos los parámetros en una misma muestra. Los experimentos consideraron contactos no ideales y condiciones no adiabáticas a temperatura ambiente T=300K mejorando la viabilidad de la caracterización in situ y posicionando esta metodología como una herramienta clave en la investigación termoeléctrica.

https://doi.org/10.47460/athenea.v5i15.72
PDF (English)
HTML (English)

Citas

[1] T. J. Seebeck, «Magnetic polarization of metals and minerals,» Abhandlungender Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, vol. 265, 1822-1823.
[2] J. C. Peltier, «Nouvelles experiences sur la caloricite des courans electrique,» Annales de Chimie et de Physique, vol. LVI, p. 371–386, 1834.
[3] S. Lineykin e S. Ben-Yaakov, «Analysis of thermoelectric coolers by a spice-compatible equivalent circuit model,» IEEE Power Electronics Letters, vol. 3, n. 2, pp. 63-66, 2005.
[4] S. Lineykin e S. Ben-Yaakov, «Modeling and analysis of thermoelectric modules,» IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 43, n. 2, pp. 505-512, 2007.
[5] D. M. Rowe, CRC Handbook of Thermoelectrics, Boca Raton: Taylor & Francis, 1995, pp. 192-212.
[6] Z. Ren, Y. Lan e Q. Zhang, Advanced Thermoelectrics Materials, Contacts, Devices, and Systems, Boca Raton: Taylor & Francis Group, LLC, 2018.
[7] N. M. Ravindra, B. Jariwala, A. Bañobre e A. Maske, Thermoelectrics Fundamentals, Materials Selection, Properties, and Performance, Cham: Springer Nature, 2019.
[8] S. LeBlanc, S. K. Yee, M. L. Scullin, C. Dames e K. E. Goodson, «Material and manufacturing cost considerations for thermoelectrics,» Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 32, pp. 313-327, 2014.
[9] S. K. Yee, S. LeBlanc, K. E. Goodson e C. Dames, «$ per W metrics for thermoelectric power generation: beyond ZT,» Energy & Environmental Science, vol. 6, n. 9, pp. 2561-2571, 2013.
[10] H. Wang, S. Bai, L. Chen, A. Cuenat, G. Joshi, H. Kleinke, J. König, H. W. Lee, J. Martin, M. W. Oh e W. D. Poter, «International round-robin study of the thermoelectric transport properties of an n-Type halfheusler compound from 300 K to 773 K,» Journal of Electronic Materials, vol. 44, n. 11, pp. 4482-4491,
2015.
[11] Y. Apertet e H. Ouerdane, «Small-signal model for frequency analysis of thermoelectric systems,» Energy Conversion and Management, vol. 149, pp. 564-569, 2017.
[12] A. F. Ioffe, Physics of Semiconductors, London: Infosearch, 1960.
[13] T. M. Tritt, «Measurement and Characterization Techniques for Thermoelectric Materials,» MRS Online Proceedings Library (OPL), vol. 478, 1997.
[14] Z. Zhou e C. Uher, «Apparatus for Seebeck coefficient and electrical resistivity measurements of bulk thermoelectric materials at high temperature,» Review of scientific instruments, vol. 76, n. 2, p. 023901, 2005.
[15] T. C. Harman, «Special Techniques for Measurement of Thermoelectric Properties,» Journal of Applied Physics, vol. 29, n. 9, pp. 1373-1374, 1958.
[16] T. C. Harman, J. H. Cahn e M. J. Logan, «Measurement of thermal conductivity by utilization of the Peltier effect,» Journal of Applied Physics, vol. 30, n. 9, pp. 1351-1359, 1959.
[17] H. Iwasaki, M. Koyano e H. Hori, «Evaluation of the figure of merit on thermoelectric materials by Harman method,» Japanese Journal of Applied Physics, vol. 41, n. 11R, p. 6606, 2002.
[18] H. Iwasaki e H. Hori, 24th International Conference on Thermoelectrics, 2005. - Thermoelectric property measurements by the improved Harman method, Clemson, USA: IEEE ICT 2005, 2005, p. 513–516.
[19] R. J. Buist, «A new method for testing thermoelectric materials and devices,» in 11th International Conference on Thermoelectrics, Arlington, Texas, 1992.
[20] V. Zlatic e R. Monnie, Modern Theory of Thermoelectricity, New York: Oxford University Press, 2014.
[21] J. M. Luttinger, «Theory of thermal transport coefficients,» Physical Review, vol. 135, n. 6A, p. A1505, 1964.
[22] R. E. Pirela e S. R. Velásquez, «Forced Response of Thermoelectric Materials and Devices,» IEEE Latin America Transactions, vol. 20, n. 8, 2022.
[23] R. E. Pirela e S. R. Velásquez, «Natural Response of Thermoelectric Materials and Devices,» Athenea Engineering Sciences journal, vol. 3, n. 10, pp. 49-62, 2022.
[24] Kryotherm Co, «“Thermoelectric coolers for industrial applications: TB-127-1.4-1.2.,» in Available in: http://www.kryothermtec.com, Saint-Petersburg, Russia, 2023.
Creative Commons License
Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento 4.0.

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.