為穿戴式電子設備延長電力,新型可撓低溫廢熱回收模組登場

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 07 日 14:00 | 分類 尖端科技 , 材料 , 能源科技 follow us in feedly


當設備能源消耗增加,熱量也會伴隨而來,這也是為什麼手機、汽車或是工業設備使用過程會產生廢熱,進而造成效率下降的原因之一。為了不浪費設備多餘熱量,日本科學家已研發出既便宜又可撓的熱電裝置(FlexTEG)模組,其不僅具有高機械可靠度優點,還能有效將低溫廢熱轉化成電力,未來或許更可用在穿戴式或是植入式電子設備。

目前不少設備製造商與相關工作人員已對廢熱回收駕輕就熟,許多工廠已經可將 650°C 高溫與介於 250~650°C 的廢熱回鍋再用於製程,但若要再利用 120°C 以下的低溫廢熱,這個難度就比較高了。

生活中有許多消耗能源所生成、卻又被嫌棄的低溫熱能,像是炎熱的機房、彷彿中暑的手機等,如果能將這些熱能善加利用,或許能為設備提供新的供電來源。先前工研院研究也指出,台灣工業部門 2012 年排出的中低溫廢熱已超過 30GW,若能回收再利用、其發電量可高達 0.73GW。

而熱電材料可說是低溫廢熱回收的關鍵,它是一種可在熱能和電能互相轉換的半導體或金屬材料,如果將熱電材料製成封閉迴路、兩端接觸不同溫度時,就會形成電流,溫差越大電流則就愈強。

只不過現在業界還沒有出現可承受 100~150°C 的商業化熱電模組封裝技術,這類模組製造成本也相當高,技術應用僅能滿足利基市場,再加上傳統熱電材料也面臨著許多挑戰,像是傳統熱電設備模組頂部的電極兩端都會垂直裝設在另一面電極上,讓模組的曲率(curvature)備受限制。

對此日本大阪大學採用不同的設計,該團隊改變模組頂部電極兩端的方向,讓電極兩端並聯整合,並採用高密度封裝晶片技術,進一步提高 FlexTEG 模組的靈活性、降低晶片的機械應力(mechanical stress),未來或許更可用在穿戴式與植入式電子設備。

▲ FlexTEG 模組的照片和設計原理,包括碲化鉍半導體晶片、不同溫度梯度下 FlexTEG 模組電流、電壓與功率的關係。(Source:大阪大學)

目前大阪大學研究員已將碲化鉍(bismuth‐telluride)晶片封裝在可撓基板上,打造出全新的熱電裝置模組,大阪大學產業科學研究所准教授菅原徹(SugaharaTohru) 表示,得益於耐熱程度高達 150°C 的封裝材料與模組靈活性,團隊研發出的 FlexTEG 模組可用於低溫廢熱回收。

菅原徹也指出,由於封裝技術皆採用一般的半導體製程,團隊也相當看好 FlexTEG 模組未來的產量與成本。目前研究已發表在《Advanced Materials Technologies》。

(首圖來源:影片截圖)