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溫差電池,就是利用溫度差異,使熱能直接轉化為電能的裝置。溫差電池的材料一般有金屬和半導體兩種。用金屬製成的電池賽貝克效應較小,常用於測量溫度、輻射強度等。這種電池一般把若干個溫差電偶串聯起來,把其中一頭暴露於熱源,另一個接點固定在一個特定溫度環境中,這樣產生的電動勢等於各個電偶之和,再根據測量的電動勢換算成溫度或強度。例如,我們在日常生活中常用它來測量冶鍊及熱處理爐的高溫。

溫差電池溫差電池
溫差電池簡介
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1821年,賽貝克發現,把兩種不同的金屬導體接成閉合電路時,如果把它的兩個接點分別置於溫度不同的兩個環境中,則電路中就會有電流產生。這一現象稱為塞貝克(Seebeck)效應,這樣的電路叫做溫差電偶,這種情況下產生電流的電動勢叫做溫差電動勢。例如,鐵與銅的冷接頭為1℃,熱接頭處為100℃,則有5.2mV的溫差電動勢產生。
溫差電池就是利用溫度差異,使熱能直接轉化為電能的裝置。溫差電池的材料一般有金屬和半導體兩種。用金屬製成的電池賽貝克效應較小,常用於測量溫度、輻射強度等。這種電池一般把若干個溫差電偶串聯起來,把其中一頭暴露於熱源,另一個接點固定在一個特定溫度環境中,這樣產生的電動勢等於各個電偶之和。再根據測量的電動勢換算成溫度或強度。例如,我們在日常生活中常用它來測量冶鍊及熱處理爐的高溫。
用半導體製成的溫差電池賽貝克效應較強,熱能轉化為電能的效率也較高,因此,可將多個這樣的電池組成溫差電堆,作為小功率電源。它的工作原理是,將兩種不同類型的熱電轉換材料N型和P型半導體的一端結合併將其置於高溫狀態,另一端開路並給以低溫時,由於高溫端的熱激發作用較強,空穴和電子濃度也比低溫端高,在這種載流子濃度梯度的驅動下,空穴和電子向低溫端擴散,從而在低溫開路端形成電勢差;如果將許多對P型和N型熱電轉換材料連接起來組成模塊,就可得到足夠高的電壓,形成一個溫差發電機。
溫差電技術研究始於20世紀40年代,於20世紀60年代達到高峰,並成功地在航天器上實現了長時發電。當時美國能源部的空間與防禦動力系統辦公室給出鑒定稱,「溫差發電已被證明為性能可靠,維修少,可在極端惡劣環境下長時間工作的動力技術」。近幾年來,溫差發電機不僅在軍事和高科技方面,而且在民用方面也表現出了良好的應用前景。
在遠程空間探索方面,人們從上個世紀中葉以來不斷將目標投向更遠的星球,甚至是太陽系以外的遠程空間,這些環境中太陽能電池很難發揮作用,而熱源穩定,結構緊湊,性能可靠,壽命長的放射性同位素溫差發電系統則成為理想的選擇。因為一枚硬幣大小的放射性同位素熱源,就能提供長達20年以上的連續不斷的電能,從而大大減輕了航天器的負載,這項技術已先後在阿波羅登月艙、先鋒者、海盜、旅行者、伽利略和尤利西斯號宇宙飛船上得到使用。
此外,據德國《科學畫報》雜誌報道,來自德國慕尼黑的一家晶元研發企業研究出的這種新型電池,主要由一個可感應溫差的硅晶元構成。當這種特殊的硅晶元正面「感受」到的溫度較之背面溫度具有一定溫差時,其內部電子就會產生定向流動,從而產生微電流。負責研發這種電池的科學家溫納·韋伯介紹說,「只要在人體皮膚與衣服等之間有5℃的溫差,就可以利用這種電池為一塊普通的腕錶提供足夠的能量」。
雖然溫差發電已有諸多應用,但長久以來受熱電轉換效率和較大成本的限制,溫差電技術向工業和民用產業的普及受到很大制約。雖然最近幾年隨著能源與環境危機的日漸突出,以及一批高性能熱電轉換材料的開發成功,溫差電技術的研究又重新成為熱點,但突破的希望還是在於轉換效率的穩定提高。可以設想一下,在溫差電池技術成熟以後,我們的手機、筆記本電腦電池就可以利用身體與外界的溫度差發電,而大大延長其使用時間。
塞貝克效應
塞貝克(Seeback)效應,又稱作第一熱電效應,它是指由於溫差而產生的熱電現象。
在兩種金屬A和B組成的迴路中,如果使兩個接觸點的溫度不同,則在迴路中將出現電流,稱為熱電流。
塞貝克效應的實質在於兩種金屬接觸時會產生接觸電勢差,該電勢差取決於金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。
  半導體的溫差電動勢較大,可用作溫差發電器。
原理
由於不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同,當兩種不同的金屬導體接觸時,在接觸面上就會發生電子擴散。電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關並和接觸區的溫度成正比。
設導體A和B的自由電子密度為NA和NB,且有NA>NB,電子擴散的結果使導體A失去電子而帶正電,導體B則因獲得電子而帶負電,在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續擴散,達到動態平衡時,在接觸區形成一個穩定的電位差,即接觸電勢。

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