Publicação
Desenvolvimento de um dispositivo termoelétrico flexível para aplicação em wearables
| Resumo: | O dilema entre a crise energética e a gestão ambiental tem conduzido a uma maior investigação na procura e desenvolvimento de soluções ecofriendly que forneçam energia renovável. Atualmente, a forma como os recursos energéticos globais são consumidos e transformados em outras formas de energia é, principalmente, através do mecanismo térmico. No entanto, a maior parte da energia térmica que é produzida é perdida para a atmosfera como calor residual (∼60%). Por outro lado, prevê-se um forte aumento na valorização do mercado global de materiais têxteis inteligentes até 2024, fator este que poderá impulsionar ainda mais o mercado dos dispositivos wearable capazes de reaproveitar energia perdida dessa forma. Nesta dissertação desenvolveu-se um gerador termoelétrico (TEG) semirrígido flexível capaz de converter gradientes térmicos em energia elétrica, de forma renovável e limpa. O dispositivo é baseado em pellets de telureto de bismuto (Bi2Te3 – tipo-p e tipo-n), depositados em substrato de poliimida (Kapton®) de 75 µm de espessura. O TEG desenvolvido foi submetido a testes elétricos e de flexibilidade. O dispositivo encapsulado em PDMS com contactos elétricos de cobre e solda de Sn42/Bi57.6/Ag0.4, resultante da Abordagem C, foi analisado no que diz respeito à flexibilidade e desempenho elétrico. Este apresentou elevada estabilidade durante os testes mecânicos. Nestes foram realizados 300 ensaios com raios de curvatura de 10 mm e 2,5mm. A abordagem selecionada para dimensionar o TEG apresentou uma elevada potencialidade para ser replicada por métodos industriais. O dispositivo desenvolvido a partir de pellets prismáticos de dimensões 1,4 x 1,4 x 1,6mm apresenta um fill-factor de 11,6%. Os contactos de cobre manualmente obtidos apresentam dimensões de 1.65 x 5,08 mm, sendo responsáveis, juntamente com a solda, por estabelecer a ligação elétrica. O dispositivo constituído por 44 pares de Bi2Te3 – tipo-p e tipo-n conectados em série apresenta um coeficiente de Seebeck de 70µV/K e gera uma potência máxima de 460 µW, correspondendo a uma densidade de potência de saída de 49,8 µW/cm2 (∆T = 20 K). O presente dispositivo apresenta um bom desempenho termoelétrico quando comparado com os dispositivos da literatura, para os mesmos materiais e processos de fabrico. Aqui, o gerador termoelétrico foi desenvolvido como prova de conceito para aplicações wearable. Os resultados obtidos são de grande interesse para a otimização do design de futuros geradores termoelétricos semirrígidos. |
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| Autores principais: | Azevedo, Bernardo André Pereira |
| Assunto: | Geradores termoelétricos Termoeletricidade Wearable Thermoelectric generators Thermoelectricity |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O dilema entre a crise energética e a gestão ambiental tem conduzido a uma maior investigação na procura e desenvolvimento de soluções ecofriendly que forneçam energia renovável. Atualmente, a forma como os recursos energéticos globais são consumidos e transformados em outras formas de energia é, principalmente, através do mecanismo térmico. No entanto, a maior parte da energia térmica que é produzida é perdida para a atmosfera como calor residual (∼60%). Por outro lado, prevê-se um forte aumento na valorização do mercado global de materiais têxteis inteligentes até 2024, fator este que poderá impulsionar ainda mais o mercado dos dispositivos wearable capazes de reaproveitar energia perdida dessa forma. Nesta dissertação desenvolveu-se um gerador termoelétrico (TEG) semirrígido flexível capaz de converter gradientes térmicos em energia elétrica, de forma renovável e limpa. O dispositivo é baseado em pellets de telureto de bismuto (Bi2Te3 – tipo-p e tipo-n), depositados em substrato de poliimida (Kapton®) de 75 µm de espessura. O TEG desenvolvido foi submetido a testes elétricos e de flexibilidade. O dispositivo encapsulado em PDMS com contactos elétricos de cobre e solda de Sn42/Bi57.6/Ag0.4, resultante da Abordagem C, foi analisado no que diz respeito à flexibilidade e desempenho elétrico. Este apresentou elevada estabilidade durante os testes mecânicos. Nestes foram realizados 300 ensaios com raios de curvatura de 10 mm e 2,5mm. A abordagem selecionada para dimensionar o TEG apresentou uma elevada potencialidade para ser replicada por métodos industriais. O dispositivo desenvolvido a partir de pellets prismáticos de dimensões 1,4 x 1,4 x 1,6mm apresenta um fill-factor de 11,6%. Os contactos de cobre manualmente obtidos apresentam dimensões de 1.65 x 5,08 mm, sendo responsáveis, juntamente com a solda, por estabelecer a ligação elétrica. O dispositivo constituído por 44 pares de Bi2Te3 – tipo-p e tipo-n conectados em série apresenta um coeficiente de Seebeck de 70µV/K e gera uma potência máxima de 460 µW, correspondendo a uma densidade de potência de saída de 49,8 µW/cm2 (∆T = 20 K). O presente dispositivo apresenta um bom desempenho termoelétrico quando comparado com os dispositivos da literatura, para os mesmos materiais e processos de fabrico. Aqui, o gerador termoelétrico foi desenvolvido como prova de conceito para aplicações wearable. Os resultados obtidos são de grande interesse para a otimização do design de futuros geradores termoelétricos semirrígidos. |
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