Forbedring af et termoelektrisk materiales ydeevne ved delvist at erstatte selektive atomer med kationer

Et team af forskere tilknyttet flere institutioner i Indien og en i Kina har fundet en måde at forbedre ydelsen af ​​et bestemt termoelektrisk materiale ved delvis at erstatte selektive atomer med bestemte kationer. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , gruppen beskriver deres proces, og hvor godt deres materiale fungerede, når de blev testet. Yu Liu og Maria Ibáñez med Institut for Videnskab og Teknologi Østrig har udgivet et Perspectives -stykke i samme journaludgave, der beskriver tidligere arbejde involveret i forsøg på at forbedre ydelsen af ​​termoelektriske materialer og beskrive det arbejde, teamet har udført i denne nye indsats.

Termoelektriske materialer bruges i en lang række applikationer, hovedsageligt involverer køling og opvarmning i køle- og elproduktionssystemer - det meste af det nuværende arbejde indebærer at lede efter materialer, der kan bruges til at skabe elektricitet fra spildvarme under fremstillingsprocesser. De er, som deres navn antyder, materialer, der har egenskaber, der gør det muligt at producere elektricitet under påvirkning af varme. Forskere har identificeret tre hovedkarakteristika, når de leder efter et godt kandidatmateriale:god elektrisk ledningsevne, lav varmeledningsevne og en høj Seebeck -koefficient.

Udfordringen for kemikere, der ønsker at finde, lave eller ændre et andet materiale for at forbedre dets termoelektriske ydeevne er, at disse tre hovedkarakteristika kan komme i konflikt med hinanden - forbedring af et kan påvirke et andet negativt. I denne nye indsats, forskerne har fundet en måde at omgå sådanne bekymringer for et specifikt materiale:sølvantimontellurid (AgSbTe ₂ ). Deres fremgangsmåde involverede delvist at erstatte antimonatomer med kation cadmium. Dette førte til, at der dannes et par forskellige ordnede faser i nanoskala domæner, hvilket førte til forbedringer i elektriske egenskaber og fald i varmeledningsevne. Nettoresultatet var en forbedring af ydeevnen uden at skabe andre problemer, der kunne forhindre materialet i at blive brugt i en kommerciel applikation.

Test af det dopede materiale viste, at det var i stand til at levere en enhedseffektivitet på 1,5 ved stuetemperatur, 2,6 ved 573K - og et samlet gennemsnit på 1,8, som Liu og Ibáñez noterer, er nogle af de højeste effektivitetsforbedringer for sådanne materialer til dato.

© 2021 Science X Network