Published December 1, 2020 | Version v1
Publication Open

A comprehensive review of Thermoelectric Generators: Technologies and common applications

  • 1. Technische Universität Ilmenau
  • 2. University of Sfax
  • 3. University of Sousse
  • 4. University of Monastir
  • 5. Wayne State University

Description

Power costs increasing, environmental pollution and global warming are issues that we are dealing with in the present time. To reduce their effects, scientists are focusing on improving energy harvesting-based power generators. Thermoelectric generators (TEGs) have demonstrated their ability to directly convert thermal energy into an electrical one via the Seebeck effect. Also, they are environmentally friendly because they do not contain chemical products, they operate silently because they do not have mechanical structures and/or moving parts, and they can be fabricated on many types of substrates like silicon, polymers, and ceramics. Furthermore, TEGs are position-independent, present a long operating lifetime and are suitable for integration into bulk and flexible devices. This paper presents in-depth analysis of TEGs, starting by an extensive description of their working principle, types (planar, vertical and mixed), used materials, figure of merit, improvement techniques including different thermoelectric materials arrangement (conventional, segmented and cascaded), and used technologies and substrates types (silicon, ceramics and polymers). This manuscript also describes the exploitation of TEGs in various fields starting from low-power applications (medical and wearable devices, IoT: internet of things, and WSN: wireless sensor network) to high-power applications (industrial electronics, automotive engines, and aerospace).

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تكاليف الطاقة المتزايدة والتلوث البيئي والاحتباس الحراري هي القضايا التي نتعامل معها في الوقت الحاضر. للحد من آثارها، يركز العلماء على تحسين مولدات الطاقة القائمة على حصاد الطاقة. أظهرت المولدات الكهربائية الحرارية (TEGs) قدرتها على تحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى طاقة كهربائية عبر تأثير سيبك. كما أنها صديقة للبيئة لأنها لا تحتوي على منتجات كيميائية، وتعمل بصمت لأنها لا تحتوي على هياكل ميكانيكية و/أو أجزاء متحركة، ويمكن تصنيعها على أنواع عديدة من الركائز مثل السيليكون والبوليمرات والسيراميك. علاوة على ذلك، فإن TEGs مستقلة عن الموقع، وتمثل عمرًا تشغيليًا طويلًا ومناسبة للاندماج في الأجهزة السائبة والمرنة. تقدم هذه الورقة تحليلًا متعمقًا لـ TEGs، بدءًا من وصف شامل لمبدأ عملها وأنواعها (المستوية والرأسية والمختلطة) والمواد المستخدمة وشكل الجدارة وتقنيات التحسين بما في ذلك ترتيب المواد الكهربائية الحرارية المختلفة (التقليدية والمجزأة والمتتالية) والتقنيات المستخدمة وأنواع الركائز (السيليكون والسيراميك والبوليمرات). تصف هذه المخطوطة أيضًا استغلال TEGs في مختلف المجالات بدءًا من التطبيقات منخفضة الطاقة (الأجهزة الطبية والأجهزة القابلة للارتداء، إنترنت الأشياء: إنترنت الأشياء، و WSN: شبكة الاستشعار اللاسلكية) إلى التطبيقات عالية الطاقة (الإلكترونيات الصناعية ومحركات السيارات والفضاء).

Translated Description (French)

L'augmentation des coûts de l'électricité, la pollution de l'environnement et le réchauffement climatique sont des problèmes auxquels nous sommes confrontés à l'heure actuelle. Pour réduire leurs effets, les scientifiques se concentrent sur l'amélioration des générateurs d'énergie basés sur la récupération d'énergie. Les générateurs thermoélectriques (TEG) ont démontré leur capacité à convertir directement l'énergie thermique en énergie électrique via l'effet Seebeck. En outre, ils sont respectueux de l'environnement car ils ne contiennent pas de produits chimiques, ils fonctionnent en silence car ils n'ont pas de structures mécaniques et/ou de pièces mobiles, et ils peuvent être fabriqués sur de nombreux types de substrats comme le silicium, les polymères et les céramiques. En outre, les TEG sont indépendants de la position, présentent une longue durée de vie et conviennent à l'intégration dans des dispositifs volumineux et flexibles. Cet article présente une analyse approfondie des TEG, en commençant par une description détaillée de leur principe de fonctionnement, de leurs types (planaires, verticaux et mixtes), des matériaux utilisés, du facteur de mérite, des techniques d'amélioration, y compris différents arrangements de matériaux thermoélectriques (conventionnels, segmentés et en cascade), et des technologies et types de substrats utilisés (silicium, céramique et polymères). Ce manuscrit décrit également l'exploitation des TEG dans divers domaines allant des applications de faible puissance (dispositifs médicaux et portables, IoT : internet des objets et WSN : réseau de capteurs sans fil) aux applications de forte puissance (électronique industrielle, moteurs automobiles et aérospatiale).

Translated Description (Spanish)

El aumento de los costos de energía, la contaminación ambiental y el calentamiento global son problemas a los que nos enfrentamos en la actualidad. Para reducir sus efectos, los científicos se están centrando en mejorar los generadores de energía basados en la recolección de energía. Los generadores termoeléctricos (TEG) han demostrado su capacidad para convertir directamente la energía térmica en eléctrica a través del efecto Seebeck. Además, son respetuosos con el medio ambiente porque no contienen productos químicos, funcionan en silencio porque no tienen estructuras mecánicas y/o partes móviles, y se pueden fabricar en muchos tipos de sustratos como silicio, polímeros y cerámica. Además, los TEG son independientes de la posición, presentan una larga vida útil y son adecuados para su integración en dispositivos a granel y flexibles. Este trabajo presenta un análisis en profundidad de los TEG, comenzando por una extensa descripción de su principio de funcionamiento, tipos (planos, verticales y mixtos), materiales utilizados, figura de mérito, técnicas de mejora que incluyen diferentes disposiciones de materiales termoeléctricos (convencionales, segmentados y en cascada), y tecnologías y tipos de sustratos utilizados (silicio, cerámica y polímeros). Este manuscrito también describe la explotación de TEG en diversos campos, desde aplicaciones de baja potencia (dispositivos médicos y portátiles, IoT: internet de las cosas y WSN: red de sensores inalámbricos) hasta aplicaciones de alta potencia (electrónica industrial, motores automotrices y aeroespacial).

Files

2183-2439_6_2020_S7_264-287.pdf.pdf

Files (299 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:66b56e5161f020eb41a31adcb0ed2c0e
299 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مراجعة شاملة للمولدات الكهربائية الحرارية: التقنيات والتطبيقات الشائعة
Translated title (French)
Un examen complet des générateurs thermoélectriques : technologies et applications courantes
Translated title (Spanish)
Una revisión exhaustiva de los generadores termoeléctricos: tecnologías y aplicaciones comunes

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2997116687
DOI
10.1016/j.egyr.2019.12.011

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Tunisia

References

  • https://openalex.org/W1158261025
  • https://openalex.org/W1557603030
  • https://openalex.org/W1571289086
  • https://openalex.org/W176659880
  • https://openalex.org/W1776119785
  • https://openalex.org/W1844204486
  • https://openalex.org/W1968507861
  • https://openalex.org/W1977113624
  • https://openalex.org/W1980538649
  • https://openalex.org/W1985791504
  • https://openalex.org/W1992848689
  • https://openalex.org/W1993028271
  • https://openalex.org/W1993292352
  • https://openalex.org/W1995234492
  • https://openalex.org/W1999696802
  • https://openalex.org/W2003552593
  • https://openalex.org/W2009254645
  • https://openalex.org/W2019083297
  • https://openalex.org/W2020264032
  • https://openalex.org/W2022013401
  • https://openalex.org/W2026079480
  • https://openalex.org/W2027217984
  • https://openalex.org/W2027674006
  • https://openalex.org/W2030293990
  • https://openalex.org/W2041950046
  • https://openalex.org/W2043196325
  • https://openalex.org/W2043505927
  • https://openalex.org/W2043622659
  • https://openalex.org/W2045070703
  • https://openalex.org/W2058261495
  • https://openalex.org/W2068378386
  • https://openalex.org/W2072017538
  • https://openalex.org/W2074916185
  • https://openalex.org/W2077210229
  • https://openalex.org/W2077695152
  • https://openalex.org/W2086507063
  • https://openalex.org/W2086695503
  • https://openalex.org/W2094696739
  • https://openalex.org/W2104502055
  • https://openalex.org/W2109396631
  • https://openalex.org/W2111299152
  • https://openalex.org/W2114632362
  • https://openalex.org/W2122170836
  • https://openalex.org/W2132760400
  • https://openalex.org/W2145601485
  • https://openalex.org/W2146372671
  • https://openalex.org/W2147685934
  • https://openalex.org/W2150987022
  • https://openalex.org/W2162961804
  • https://openalex.org/W2163039638
  • https://openalex.org/W2163775468
  • https://openalex.org/W2174187647
  • https://openalex.org/W2202156731
  • https://openalex.org/W2331765674
  • https://openalex.org/W2408369171
  • https://openalex.org/W247494141
  • https://openalex.org/W2478470434
  • https://openalex.org/W2489924027
  • https://openalex.org/W2522854882
  • https://openalex.org/W2525335860
  • https://openalex.org/W2546781689
  • https://openalex.org/W2551336577
  • https://openalex.org/W2562489535
  • https://openalex.org/W2585503538
  • https://openalex.org/W2586538935
  • https://openalex.org/W2586859816
  • https://openalex.org/W2604618100
  • https://openalex.org/W2615560641
  • https://openalex.org/W2625039427
  • https://openalex.org/W2626741217
  • https://openalex.org/W2701870019
  • https://openalex.org/W2728463775
  • https://openalex.org/W2731948661
  • https://openalex.org/W2752221717
  • https://openalex.org/W2754813336
  • https://openalex.org/W2758047072
  • https://openalex.org/W2760550579
  • https://openalex.org/W2767605697
  • https://openalex.org/W2767959842
  • https://openalex.org/W2770340125
  • https://openalex.org/W2774633294
  • https://openalex.org/W2782114730
  • https://openalex.org/W2786019874
  • https://openalex.org/W2786235087
  • https://openalex.org/W2789500231
  • https://openalex.org/W2790535487
  • https://openalex.org/W2790888417
  • https://openalex.org/W2793442701
  • https://openalex.org/W2793652323
  • https://openalex.org/W2796835195
  • https://openalex.org/W2798903510
  • https://openalex.org/W2799992527
  • https://openalex.org/W2800596151
  • https://openalex.org/W2804348230
  • https://openalex.org/W2804535604
  • https://openalex.org/W2806023802
  • https://openalex.org/W2807968570
  • https://openalex.org/W2809811633
  • https://openalex.org/W2809861508
  • https://openalex.org/W2883521441
  • https://openalex.org/W2883730987
  • https://openalex.org/W2887582979
  • https://openalex.org/W2893802093
  • https://openalex.org/W2898729794
  • https://openalex.org/W2901124278
  • https://openalex.org/W2905447939
  • https://openalex.org/W2911278479
  • https://openalex.org/W2914255844
  • https://openalex.org/W2917072031
  • https://openalex.org/W2932947145
  • https://openalex.org/W2961676902
  • https://openalex.org/W3170346210
  • https://openalex.org/W4205632065
  • https://openalex.org/W4243582230
  • https://openalex.org/W4248388347
  • https://openalex.org/W4297669444
  • https://openalex.org/W4387322094
  • https://openalex.org/W648638483