[发明专利]一种固态温差发电热力循环的构建方法和应用

权利要求书

1.一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，将固态温差发电的能量耦合转换关系解耦为四个基本热力过程，形成理想固态温差发电热力循环。

2.根据权利要求1所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述四个基本热力过程为等摩尔分数吸热过程、等熵发电过程、等摩尔放热过程、等熵充电过程。

3.根据权利要求1所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述等摩尔吸热过程为：对固态温差发电材料两端施加高温热源和低温热源，所述固态温差发电材料在所述高温热源处的载流子吸热，能量升高，化学势升高，具有了向低化学势区域定向流动的趋势，而所述固态温差发电材料中用于做功的迁移载流子摩尔浓度尚未发生变化。

4.根据权利要求1所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述等熵发电过程为：所述固态温差发电材料在高温热源处的高化学势载流子自发向低温热源处定向移动，产生电流而完成发电过程。

5.根据权利要求1所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述等摩尔放热过程为：所述固态温差发电材料中移动至低温热源的载流子在所述低温热源处放热，化学势降低，而所述固态温差发电材料中所述用于做功的迁移载流子摩尔浓度尚未发生变化。

6.根据权利要求1所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述等熵充电过程为：随着载流子在低温热源处的富集，在所述固态温差发电材料内部形成了内部电场；若所述载流子为空穴或其他带正电荷的粒子，所述内部电场方向与所述载流子迁移方向相反，将在所述低温热源的载流子搬运至所述高温热源；若所述载流子为电子或其他带负电荷的粒子，所述内部电场方向与所述载流子迁移方向相同，所述带负电荷粒子与所述电场方向相反，同样将在所述低温热源的载流子搬运至所述高温热源。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，对所述理想固态温差发电热力循环进行不可逆损失优化之后，再进行物性约束优化，得到实际固态温差发电热力循环。

8.根据权利要求7所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述不可逆损失优化中的不可逆损失包括由Joule热、Fourier导热、Thomson效应导致的过电位损失、传热损失和输运损失；所述不可逆损失优化的实现方法为：对线性唯象定律进行解析，利用熵产解析表达将熵产在温度-熵热力循环中图形化，得到降低熵产的实际循环。

9.根据权利要求7所述的一种固态温差发电热力循环的构建方法，其特征在于，所述物性约束优化的实现方法为：建立Seebeck系数、热导率、电导率与热力学状态参数间的关联关系，在热力温熵坐标内将表征所述固态温差发电材料的物性的热力学状态参数图形化，得到实际固态温差发电热力循环。

10.一种固态温差发电热力循环的应用，其特征在于，基于权利要求7-9中任一项所述构建方法得到的所述实际固态温差发电热力循环，选择一种固态温差发电材料，得到使所述固态温差发电材料熵产最小的物性组合，最终量化使温差发电能量转换效率最优的材料设计参数。