Forskere udvikler lagdelt koboltoxid med en rekordhøj termoelektrisk værdi

Spildvarme er en meget lovende kilde til vedvarende energi; imidlertid, effektiviteten af ​​at bruge varme til at generere energi har historisk set været meget lavere end vandkraft, vind- eller solenergi. Mens der er en række materialer, der kan bruges til at generere energi fra spildvarme, de lider alle af forskellige problemer lige fra lav stabilitet til lav effektivitet. Alligevel, det faktum, at en lang række industrier genererer rigelige mængder spildvarme, har drevet forskningen på dette område.

Et team af forskere ledet af professor Hiromichi Ohta ved Research Institute for Electronic Science (RIES), Hokkaido Universitet, har for nylig udviklet et lagdelt koboltoxid med en rekordhøj termoelektrisk værdi for metaloxider ved stuetemperatur. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Journal of Materials Chemistry A .

Termoelektrisk omdannelse er drevet af Seebeck-effekten:når der er en temperaturforskel over et ledende materiale, der genereres en elektrisk strøm. Historisk set, effektiviteten af ​​varme-til-elektricitet konvertering af metaloxider var meget lav; imidlertid, metaloxidbaserede termoelektriske enheder er meget ønskede på grund af deres miljømæssige kompatibilitet. Den termoelektriske konverteringseffektivitet af en enhed afhænger af en nøglefaktor kaldet den termoelektriske værdi af værdi (ZT).

Hiromichi Ohtas gruppe har udviklet et lagdelt koboltoxid, der udviser en høj ZT og er stabil over en række driftstemperaturer. Velkendt natrium-koboltoxid, hvor natrium- og koboltoxidlag veksler, viser en meget lav ZT på omkring 0,03, men materialet udviklet af Ohtas gruppe opnåede en ZT på 0,11. Gruppen erstattede natriumet med andre alkali- eller jordalkalimetaller:calcium, strontium, og barium.

Det lagdelte barium-cobaltoxidmateriale udviste en rekordindstilling ZT på 0,11 ved stuetemperatur. Stigningen i ZT er direkte forårsaget af den nedsatte termiske ledningsevne af barium. Som forskerne antog, jo større atommasse, jo lavere varmeledningsevne, hvilket resulterer i højere ZT. Dette skyldes, at tungere atomer undertrykker vibrationerne i koboltoxidlagene forårsaget af opvarmning. Yderligere forskning er nødvendig for at optimere materialets sammensætning for højere effektivitet og stabilitet, samt at bestemme de mest nyttige praktiske anvendelser.

Hiromichi Ohta er leder af Laboratory of Functional Thin Film Materials på RIES, Hokkaido Universitet. Hans forskningsområder omfatter termoelektrik, Termokraft modulering, Optoelektronik og iontronik.