Công nghệ làm mát nhiệt điện (TEC) đã đạt được những tiến bộ vượt bậc về vật liệu, thiết kế cấu trúc, hiệu suất năng lượng và các kịch bản ứng dụng.

Từ năm 2025, công nghệ làm mát nhiệt điện (TEC) đã đạt được những tiến bộ vượt bậc về vật liệu, thiết kế cấu trúc, hiệu suất năng lượng và các kịch bản ứng dụng. Sau đây là những xu hướng phát triển công nghệ và đột phá mới nhất hiện nay.

I. Liên tục tối ưu hóa các nguyên tắc cốt lõi

Hiệu ứng Peltier vẫn là nguyên lý cơ bản: bằng cách cấp dòng điện một chiều cho các cặp bán dẫn loại N/loại P (như vật liệu dựa trên Bi₂Te₃), nhiệt được giải phóng ở đầu nóng và hấp thụ ở đầu lạnh.

Khả năng điều khiển nhiệt độ hai chiều: Thiết bị có thể thực hiện làm mát/sưởi ấm chỉ bằng cách đảo chiều dòng điện, và được sử dụng rộng rãi trong các tình huống điều khiển nhiệt độ chính xác cao.

II. Những đột phá trong tính chất vật liệu

1. Vật liệu nhiệt điện mới

Bismuth telluride (Bi₂Te₃) vẫn là vật liệu chủ đạo, nhưng thông qua kỹ thuật cấu trúc nano và tối ưu hóa pha tạp (như Se, Sb, Sn, v.v.), giá trị ZT (hệ số giá trị tối ưu) đã được cải thiện đáng kể. Giá trị ZT của một số mẫu trong phòng thí nghiệm lớn hơn 2,0 (thường chỉ khoảng 1,0-1,2).

Đẩy nhanh quá trình phát triển các vật liệu thay thế không chứa chì/có độc tính thấp.

Vật liệu dựa trên Mg₃(Sb,Bi)₂

Tinh thể đơn SnSe

Hợp kim bán Heusler (thích hợp cho các bộ phận chịu nhiệt độ cao)

Vật liệu composite/gradient: Cấu trúc đa lớp không đồng nhất có thể tối ưu hóa đồng thời độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt, giảm tổn thất nhiệt Joule.

III. Những đổi mới trong hệ thống kết cấu

1. Thiết kế nhiệt điện trở 3D

Áp dụng cấu trúc xếp chồng theo chiều dọc hoặc cấu trúc tích hợp kênh dẫn siêu nhỏ để tăng mật độ công suất làm mát trên mỗi đơn vị diện tích.

Mô-đun TEC tầng, mô-đun Peltier, thiết bị Peltier, mô-đun nhiệt điện có thể đạt được nhiệt độ cực thấp -130℃ và phù hợp cho nghiên cứu khoa học và làm lạnh y tế.

2. Điều khiển thông minh và dạng mô-đun

Tích hợp cảm biến nhiệt độ + thuật toán PID + điều khiển PWM, đạt được khả năng điều khiển nhiệt độ chính xác cao trong phạm vi ±0.01℃.

Hỗ trợ điều khiển từ xa thông qua Internet vạn vật (IoT), thích hợp cho chuỗi cung ứng lạnh thông minh, thiết bị phòng thí nghiệm, v.v.

3. Tối ưu hóa quản lý nhiệt phối hợp

Tăng cường truyền nhiệt ở đầu lạnh (kênh vi mô, vật liệu chuyển pha PCM)

Phần đầu nóng sử dụng tản nhiệt graphene, buồng hơi hoặc hệ thống quạt siêu nhỏ để giải quyết vấn đề "tích tụ nhiệt".

IV. Các kịch bản và lĩnh vực ứng dụng

Y tế và chăm sóc sức khỏe: dụng cụ PCR nhiệt điện, thiết bị làm đẹp bằng laser làm mát nhiệt điện, hộp vận chuyển vắc xin lạnh.

Truyền thông quang học: Điều khiển nhiệt độ mô-đun quang học 5G/6G (ổn định bước sóng laser)

Thiết bị điện tử tiêu dùng: Kẹp làm mát mặt sau điện thoại di động, tai nghe AR/VR làm mát bằng nhiệt điện, tủ lạnh mini làm mát bằng Peltier, tủ làm mát rượu làm mát bằng nhiệt điện, tủ lạnh ô tô.

Năng lượng mới: Khoang giữ nhiệt độ ổn định cho pin máy bay không người lái, làm mát cục bộ cho khoang lái xe điện.

Công nghệ hàng không vũ trụ: làm mát nhiệt điện cho các bộ cảm biến hồng ngoại của vệ tinh, kiểm soát nhiệt độ trong môi trường không trọng lực của các trạm vũ trụ.

Sản xuất chất bán dẫn: Kiểm soát nhiệt độ chính xác cho máy quang khắc, nền tảng kiểm tra wafer.

V. Những thách thức công nghệ hiện nay

Hiệu suất năng lượng vẫn thấp hơn so với hệ thống làm lạnh bằng máy nén (hệ số COP thường nhỏ hơn 1.0, trong khi máy nén có thể đạt từ 2-4).

Chi phí cao: Vật liệu hiệu suất cao và bao bì chính xác làm tăng giá thành.

Việc tản nhiệt ở đầu nóng phụ thuộc vào một hệ thống bên ngoài, điều này hạn chế thiết kế nhỏ gọn.

Độ tin cậy lâu dài: Chu kỳ nhiệt gây ra hiện tượng mỏi mối hàn và suy giảm chất lượng vật liệu.

VI. Định hướng phát triển tương lai (2025-2030)

Vật liệu nhiệt điện ở nhiệt độ phòng với hệ số ZT > 3 (Vượt qua giới hạn lý thuyết)

Các thiết bị TEC linh hoạt/có thể đeo được, mô-đun nhiệt điện, mô-đun Peltier (dùng cho da điện tử, theo dõi sức khỏe)

Hệ thống điều khiển nhiệt độ thích ứng kết hợp với trí tuệ nhân tạo

Công nghệ sản xuất và tái chế xanh (Giảm thiểu tác động đến môi trường)

Năm 2025, công nghệ làm mát nhiệt điện đang chuyển từ “kiểm soát nhiệt độ chuyên biệt và chính xác” sang “ứng dụng hiệu quả và quy mô lớn”. Với sự tích hợp của khoa học vật liệu, công nghệ vi mô-nano và điều khiển thông minh, giá trị chiến lược của nó trong các lĩnh vực như làm lạnh không phát thải carbon, tản nhiệt điện tử độ tin cậy cao và kiểm soát nhiệt độ trong môi trường đặc biệt ngày càng nổi bật.

Thông số kỹ thuật TES2-0901T125

Imax: 1A,

Umax: 0,85-0,9V

Qmax: 0,4 W

Chênh lệch nhiệt độ tối đa: >90°C

Kích thước: Kích thước đế: 4.4×4.4mm, kích thước đỉnh: 2.5×2.5mm.

Chiều cao: 3,49 mm.

Thông số kỹ thuật TES1-04903T200

Nhiệt độ phía nóng là 25°C.

Imax: 3A

Umax: 5.8 V

Qmax: 10 W

Delta T max：> 64 C

ACR: 1.60 Ohm

Kích thước: 12x12x2.37mm