基于汤姆逊效应的改进热电制冷

传统的热电 Peltier 制冷器表现出一个主要由热电优值 zT 决定的制冷极限。这一界限并非基本热力学极限，而是源于维持热电兼容性的困难。自兼容性在给定 zT 下局部最大化制冷器的性能系数，可通过调整构成 zT 的热电输运属性的相对比例来实现。在本研究中，我们研究了在整个器件中维持自兼容性的热电制冷器的理论性能。我们发现这种器件的表现与 Peltier 制冷器截然不同，并在 Fourier 热散度由汤姆逊项而非焦耳项主导时，将自兼容制冷器称为“汤姆逊制冷器”。汤姆逊制冷器要求 Seebeck 系数随温度升高呈指数增长，而传统的 Peltier 制冷器（如商用制冷器）的 Seebeck 系数随温度的变化相对较小。当对热电臂施加合理的材料属性界限时，预计汤姆逊制冷器能达到的最大温降约为具有同等优值 (zT) 的传统 Peltier 制冷器的两倍。我们预期汤姆逊制冷器的发展最终将实现固态制冷至低温。