目的及意义

近几年来，随着现代工业化的进程逐渐加深，能源短缺，环境污染和气候变暖是能源产业和汽车行业面临的巨大挑战，如何清洁，高效的利用能源是能源行业未来的发展方向。截止2018年为止，中国汽车保有量为3.19亿量，随着我国汽车保有量的不断增长，我国的石油消耗量越来越多，这意味着越来越多的废热大气排放到自然环境中，造成大量的能源浪费，同时也造成了严重的环境污染，汽油或者柴油发电机是传统燃油汽车的动力源，然而由于受到卡洛循环工质温差的限制其燃油能量转换效率难以获得突破性提高。美国通用汽车公司研究表明燃油汽车内燃机中燃料发出的能量约有40%随尾气排入大气，约30%的能量被冷却液带走,另外约有5%的能量消耗在摩擦中，真正用于克服行驶阻力与驱动附件做工的能量只占约25%左右^[1]。有相关研究表明，当尾气废热的10%转换为电能时，传统内燃机燃油经济性会提高20%以上，因此可以看出，如果能够通过热电发电技术进行汽车尾气废热回收，那么不仅能够提高汽车燃油的利用率，同时也会降低大气污染。热电发电技术的提出为提高汽车能源的利用率提出了新的研究方向。

汽车尾气暖热发电技术作为当前世界貝有前瞻性的节能减排研究领域之一，被美国能源部确定为当前汽车节能最为前沿的重大技术，并在2009年与中国国家能局一起签了与其相关的清洁能战合作协议^[2]。

热电转换技术（又称温差发电技术）是利用半导体热电材料的赛贝克（Seebeck〕效应和珀尔帖（Peltier)效应百将热能和能迅行转换的技术^[3],具有结构简单、可靠性高以及可以高效利用热能发电的特征。

热电材料能直接将热能转化为电能，是一种固态能量转换物质。利用热电材料发电无需化学反应或流体工质，与循环做功，发电成本低，工作可靠，能轻易回收低品位热源能量。

目前电热材的选择依其适应温度可分为三类^[4]
l)碲化铋及其合金：目前被广泛使用于热电致冷领域，属于低慢热电材料，其最佳运作温度小于300℃；
2）碲化铅及其合金：H前被广泛使用于热电发电领域，属于中高热电材料．其最佳运作度小于600℃；
3）硅锗合金：此类材料亦常应用于热电发电领域，属于高温热电材料，其最运作度小于1000℃。

热电器件是热电转换技术的核心部件，只要保证其热端和冷端有足够的温差就会产生电势，热电材料的性能优值ZT值越高、热电器件的温差越大，热电转换效率和可输出功率就越高。

1.2国内外发展现状

PN半导体材料受到激发作用产生热电效应比光电效应早被科学家发现60多年，但目前光生载流子的研究进展要远远超过热生载流子。经过多年的发展，光伏发电已经在世界范围内形成了从半导体材料研制到光伏电站运营的完产业链，而热电转换技术的研究则一直踌躇不前。最近能源危机促使人类寻找新能源和设法提高能源转换效率才使热电效应重新受到重视，但由于存在技术瓶颈，热电转换技术远没有形成产业。

除了用于太空探测器同位素辅助发电外，废热发电正成为热电效应的一个主要研究领域受到世界各国的普谝关注。目前美国已经把热电技术研发的重点缩小到车辆废热回收上，许多相关研究都获得了美国能源部主导的FCVT计划的资助，并且近年来一直作为先进车辆技术年度报告的重要内容^[5-6]。采用热电技术回收汽车废热的研究正受到发达国家科技工作者的青睐，但我国在此方面的研究还很少，实际应用还处于空白状态^[7]。