摘要
本研究结合了数值模拟和实验材料评估方法，来评估先进热电材料在高温（300–1200?K）下的发电性能。研究结果表明，塞贝克系数（Seebeck coefficient）、电导率（electrical conductivity）和热导率（thermal conductivity）是影响电压生成、功率输出和整体效率的主要因素。这种综合方法为改进工业流程提供了系统性的框架，特别是在废热回收领域。该研究的一个关键应用是提升钢铁制造过程中的性能，这些材料可以显著提高废热利用率和能源效率。在所评估的材料中，ScCoSb表现出最佳性能：在500?K时产生19.77?W的功率，在700?K时产生45.62?W的功率，在1000?K时产生84.92?W的功率，在1200?K时产生120.21?W的功率，这凸显了其在工业废热回收和航空航天动力系统中的适用性。SiGe在高温下表现出优异的稳定性，分别在500?K时产生19.77?W的功率，在900?K时产生51.24?W的功率，在1200?K时产生102.46?W的功率，进一步证实了其作为太空探索领域基准材料的地位。在中温范围内，skutterudite类材料（如CeFe4Sb12）在500?K时产生29.85?W的功率，在900?K时产生57.34?W的功率，在1200?K时产生93.17?W的功率，其性能优于掺钴变体Ce0.5Fe3.5Co0.5Sb12（在1200?K时仅产生80.40?W），这支持了它们在汽车和工业热电发电机中的应用。Mo3Sb4Te1.6（在1200?K时产生73.51?W的功率）和Zn2Sb3（在1200?K时产生75.50?W的功率）在中温范围内保持了稳定的效率，提供了具有成本效益的替代方案。相比之下，传统材料Bi2Te3和Bi2SbTe3在1200?K时分别仅产生75.32?W和70.08?W的功率，但它们更适合低温应用（<500?K），其中Bi2Te3在ΔT?=?300?K时每条热电臂可产生约60?mV的电压。总体而言，这种结合模拟和实验的方法表明，Bi2Te3/Bi2SbTe3适用于室温设备，Zn2Sb3和skutterudites适用于中温应用，而ScCoSb和SiGe则是高温热电发电的领先候选材料。
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