Корейский модуль термоэлектрического калибровки: прорыв в измерениях

Корейские исследователи разработали первый в стране стандартный эталонный термоэлектрический модуль (SRTEM), предназначенный для объективной оценки производительности термоэлектрических устройств. Эта разработка, возглавляемая доктором Сан Хёном Парком из Корейского научно-исследовательского института энергетики (KIER), является вторым в мире подобным модулем после японского, демонстрируя при этом улучшение характеристик более чем на 20% по сравнению с существующими аналогами.

Термоэлектрические модули преобразуют разницу температур в электричество и наоборот. Их уникальные свойства делают их незаменимыми в компактных холодильниках, компьютерном оборудовании, а также в перспективных областях, таких как безуглеродная энергетика и космическая индустрия, благодаря их экологичности и возможности миниатюризации.

Однако прогресс в этой области сдерживался отсутствием точных методов измерения производительности. До появления корейского модуля единственным доступным эталоном для коррекции ошибок измерительного оборудования был японский модуль.

Инновации в конструкции модуля

Для преодоления этих ограничений команда KIER усовершенствовала существующий стандартный эталонный термоэлектрический модуль, создав более подходящий для калибровки вариант. Разработанный модуль показал улучшение ключевых показателей, таких как выходное напряжение, более чем на 20% по сравнению с предшественниками. Он также продемонстрировал высокую стабильность, сохраняя выходные характеристики без деградации на протяжении более 300 рабочих циклов.

Вместо широко используемого полупроводникового порошка, исследователи применили металлический материал. Хотя полупроводниковые порошки обеспечивают высокое термоэлектрическое качество (эффект Зеебека), их свойства могут варьироваться в зависимости от партии, что делает их непригодными для стандартизации. Металлические материалы, напротив, отличаются большей однородностью и стабильностью, но их термоэлектрическая производительность значительно ниже (примерно в десять раз).

Улучшение конструкции термоэлектрических «ног»

Для повышения производительности металлического материала была разработана новая конструкция термоэлектрических «ног» в форме «полой песочной фигуры». Сужение в середине и полое пространство увеличивают термическое сопротивление, что, в свою очередь, расширяет разницу температур между верхней и нижней сторонами «ноги» и увеличивает выходное напряжение. Применение таких «ног» позволило увеличить выходное напряжение более чем в три раза по сравнению с традиционными прямоугольными аналогами.

Команда исследовала оптимальные комбинации металлических материалов, создав два типа термоэлектрических «ног»: на основе сплавов Хромель-Константан и Хромель-Алюмель. Термоэлектрическая «нога» из Хромель-Константана показала увеличение выходного напряжения на 23,6% по сравнению с предыдущим стандартным калибровочным модулем и сохранила стабильность характеристик после более чем 300 рабочих циклов.

Доктор Сан Хён Парк подчеркнул, что эта работа закладывает основу для получения Кореей конкурентного преимущества в процессе международной стандартизации калибровочных термоэлектрических модулей. В 2026 году планируется расширение исследований и проведение сравнительных оценок с ведущими научными группами из Германии и Японии.