DE1085178B - Thermoelement, insbesondere fuer die elektrothermische Kaelteerzeugung - Google Patents

Description

Die Hauptpatentanmeldung betrifft ein Thermoelement, insbesondere für die elektrothermische Kälteerzeugung, bei dem mindestens ein Schenkel aus einer festen Lösung (Mischkristall) der Verbindungen Bi₂Te₃ und Sb₂Te₃ besteht mit einem Antimonanteil zwischen 24 und 36 Atomprozent und einem Wismutanteil zwischen 4 und 16 Atomprozent. Es handelt sich um ternäre Systeme der Form:

Bi

₂_a;

; Te₃.

Den vorgenannten Bi- und Sb-Anteilen entspricht ein #-Wert zwischen 1,2 und 1,8.

Besonders vorteilhaft ist eine Zusammensetzung mit 28 Atomprozent Antimon und 12 Atomprozent Wismut {x = 1,4).

Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung des Gegenstandes der Hauptpatentanmeldung, die darin besteht, daß die feste Lösung einen Zusatz mindestens eines Elements der VI. Gruppe des Periodischen Systems in der Größenordnung bis zu einem Gewichtsprozent enthält, ao Besonders geeignet ist ein Zusatz von Selen und/oder Schwefel.

Die Verwendung von Selen- und Schwefelzusätzen zur Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften von Tellur-Wismut-Antimon-Legierungen ist bekannt. Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden experimentellen Feststellung, daß bei der optimalen Bemessung des Systems gemäß der Hauptpatentanmeldung eine weitere erhebliche Optimierung hinsichtlich der thermoelektrischen Eigenschaften durch Zusätze von Elementen der VI. Gruppe des Periodischen Systems zu erreichen ist.

Bei einem Selenzusatz liegt die optimale Bemessung bei 0,6 Gewichtsprozent. Man erreicht damit bei einem System mit dem optimalen λ:-Wert von 1,4 eine Steigerung der Effektivität von ζ =2,1 ■ IQ-³ Grad"¹ auf ζ = 2,6 · 10-³ Grad-¹.

Die Wirkungsweise der Zusätze gemäß der Erfindung beruht auf der Verringerung der Defektelektronenkonzentration, die eine Steigerung der differentiellen Thermokraft und damit auch der Effektivität zur Folge hat. Hierdurch kommt man der in der Hauptpatentanmeldung angegebenen optimalen Bedingung für die differentielle Thermokraft

α = 172(1 +

μ V/Grad

Thermoelement,

insbesondere für die elektrothermische
Kälteerzeugung

Zusatz zur Patentanmeldung S 58010 Ia/17 a
(Auslegeschrift 1 064 537)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Ulrich Birkholz, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

noch näher. (Es bedeuten y._ei die elektronische Wärmeleitfähigkeit und y._G die Gitterwärmeleitfähigkeit.)

Die Wirkung eines Selenzusatzes auf die differentielle Thermokraft und die Effektivität des Systems gemäß der Hauptpatentanmeldung mit dem optimalen Λτ-Wert = 1,4 ist in Diagrammen der Zeichnung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm über die Abhängigkeit der differentiellen Thermokraft (α) in Abhängigkeit vom Selenzusatz,

Fig. 2 ein Diagramm über die Abhängigkeit der Effektivität (z) vom Selenzusatz.

Im Diagramm der Fig. 1 ist auf der Abszisse die Leitfähigkeit δ in logarithmischem Maßstabe in (Ω cm)"¹ und auf der Ordinate die differentielle Thermokraft (α) in μ V/Grad aufgetragen. Das Diagramm enthält zwei Kurven, die sich zum Teil überdecken. Die ausgezogene Kurve bezieht sich auf Meßwerte, die gestrichelte Kurve auf theoretische Werte. Die Meßpunkte für Zusätze von 0%, 0,5% und 1 % Selen sind angegeben.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Leitfähigkeit δ in (,Ω cm)""¹ und auf der Ordinate die Effektivität (z) in Grad-¹ · 10³ aufgetragen. Das Diagramm enthält eine experimentelle — ausgezogene — und eine theoretische — gestrichelte — Kurve. Die den in Fig. 1 angegebenen Meßpunkten für die Selenzusätze 0 % und 0,5% und 1 % entsprechenden α-Werte (α = 146 bzw. 171 bzw. 193) sind eingetragen. Man erkennt, daß bei einem Selenzusatz von 0,6 Gewichtsprozent (α = 182) eine optimale Effektivität von annähernd 2,6 · 10~³ Grad"¹ erzieltwird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Thermoelement, insbesondere für die elektrothermische Kälteerzeugung, bei dem mindestens ein Schenkel aus einer festen Lösung (Mischkristall) der Verbindungen Bi₂Te₃ und Sb₂Te₃ besteht und bei dem der Antimonanteil zwischen 24 und 36 Atomprozent

009 550/64

und der Wismutanteil zwischen 4 und 16 Atomprozent bemessen ist, nach Patentanmeldung S 58 010 I a/17 a, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung einen Zusatz mindestens eines Elementes der VI. Gruppe des Periodischen Systems in der Größenordnung bis zu einem Gewichtsprozent enthält.

2. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung einen Selenzusatz, vorzugsweise von 0,6 Gewichtsprozent, enthält.

3. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung einen Schwefelzusatz enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen