ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ SILICIDE-BASED ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Abstract

Η ενέργεια αποτελεί μείζον θέμα στον σημερινό ερευνητικό τομέα καθώς η ανθρωπότητα καλείται να στραφεί προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για ικανοποίηση των ενεργειακών της αναγκών. Η θερμοηλεκτρική τεχνολογία βοηθά σε αυτό καθώς μετατρέπει την διαφεύγουσα θερμότητα που εκλύουν διάφορες εφαρμογές σε χρήσιμη ηλεκτρική ισχύ. Το θέμα αυτής της μεταπτυχιακής διατριβής αφορά τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη θερμοηλεκτρικής γεννήτριας βασισμένη σε πυριτίδια. Αυτά τα υλικά λειτουργούν στο μέσο θερμοκρασιακό εύρος και βασική εφαρμογή αποτελεί η χρήση τους στην αυτοκινητοβιομηχανία όπου οι θερμοκρασίες έκλυσης αερίων συμπίπτουν με αυτές των θερμοηλεκτρικών υλικών. Μελετήθηκαν όλα τα στάδια κατασκευής θερμοηλεκτρικών υλικών από την προετοιμασία υλικού που περιλαμβάνει τρίψιμο, επιμετάλλωση, κόψιμο των pellet για διαμόρφωση θερμοστοιχείων ως την μελέτη ανάπτυξης ηλεκτρικών επαφών. Κύρια έμφαση δόθηκε στο στάδιο μελέτης ηλεκτρικών επαφών που διαφάνηκε να είναι κρίσιμο για την ανάπτυξη μιας λειτουργικής θερμοηλεκτρικής γεννήτριας. Η ανάπτυξη της γεννήτριας υλοποιήθηκε ουσιαστικά σε 4 βασικά στάδια: τοποθέτηση όλων των θερμοστοιχείων α) τύπου p και β) τύπου n, γ) εφαρμογή πίεσης, δ) εισαγωγή στον φούρνο για ανάπτυξη ηλεκτρικών επαφών. Συνολικά κατασκευάστηκαν τρεις θερμοηλεκτρικές γεννήτριες με 2 ζεύγη και μια με 8 ζεύγη θερμοστοιχεία από silicide-based θερμοηλεκτρικά υλικά, οι οποίες χαρακτηρίστηκαν και παράχθηκε χρήσιμη ηλεκτρική ισχύς. Ταυτόχρονα, μοντελοποιήθηκε η υπό κατασκευή θερμοηλεκτρική γεννήτρια χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό λογισμικό COMSOL 5.2 MULTIPSHYSICS σε γεωμετρίες θερμοηλεκτρικών γεννητριών με 2 και 8 ζεύγη θερμοστοιχείων με silicide based θερμοηλεκτρικά υλικά. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των πειραματικών θερμοηλεκτρικών γεννητριών και του μοντέλου που αναπτύχθηκε συζητείται στα πλαίσια της διατριβής και προτείνονται ζητήματα που χρήζουν περαιτέρω συστηματικής μελέτης.