基于永磁体、由反常能斯特效应驱动的高填充因子横向热电发电机

本文构建了一种利用反常能斯特效应实现无磁场高密度发电的横向热电发电机，并表征了其性能。通过交替堆叠两种具有大矫顽力和符号相反反常能斯特系数的不同永磁体，可在无外部磁场下产生横向热电电压和功率，并因无无用电极层的热堆结构而增强。在基于永磁体的堆叠中，磁吸引力便于构建高填充因子的热堆结构。本研究中，我们构建了一个由十二对分别具有正、负反常能斯特系数的 SmCo$_5$ 型和 Nd$_2$Fe$_{14}$B 型永磁体组成的块体模块，其填充因子达约 80%，而基于 Seebeck 效应的传统热电模块通常为 30-60%。我们展示了在约室温、75 K 温差下高达 177 $\mu$W 的无磁场反常能斯特发电，对应于最大的 65 $\mu$W/cm$^2$ 反常能斯特功率密度。所提出的模块结构概念将为高性能横向热电发电提供设计指南。