Effektivt, stabilt og miljøvenligt termoelektrisk materiale opdaget

Spildvarme er en lovende kilde til energibesparelse og genbrug ved at omdanne denne varme til elektricitet - en proces kaldet termoelektrisk konvertering. Kommercielt tilgængelige termoelektriske konverteringsanordninger syntetiseres ved hjælp af sjældne metaller. Selvom disse er ret effektive, er de dyre og bruger i de fleste tilfælde giftige materialer. Begge disse faktorer har ført til, at disse omformere har begrænset brug. Et af alternativerne er oxidbaserede termoelektriske materialer, men den primære ulempe, som disse lider af, er mangel på bevis for deres stabilitet ved høje temperaturer.

Et team ledet af professor Hiromichi Ohta ved Forskningsinstituttet for Elektronisk Videnskab ved Hokkaido Universitet har syntetiseret en barium-koboltoxid termoelektrisk konverter, der er reproducerbart stabil og effektiv ved temperaturer så høje som 600°C. Holdets resultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Materials &Interfaces .

Termoelektrisk omdannelse er drevet af Seebeck-effekten:Når der er en temperaturforskel over et ledende materiale, genereres en elektrisk strøm. Effektiviteten af ​​termoelektrisk konvertering er imidlertid afhængig af et tal kaldet det termoelektriske værdi ZT. Historisk set havde oxidbaserede konvertere en lav ZT, men nyere forskning har afsløret mange kandidater, der har høj ZT, men deres stabilitet ved høje temperaturer var ikke veldokumenteret.

Hiromichi Ohtas gruppe har arbejdet på lagdelte koboltoxidfilm i over to årtier. I denne undersøgelse søgte holdet at undersøge den termiske og kemiske stabilitet af disse film samt måle deres ZT-værdier ved høje temperaturer. De testede cobaltoxidfilm lagdelt med natrium, calcium, strontium eller barium og analyserede deres struktur, resistivitet og termiske ledningsevne.

De fandt ud af, at af de fire varianter beholdt den lagdelte film af barium-koboltoxid sin stabilitet med hensyn til strukturel integritet og elektrisk modstand ved temperaturer så høje som 600°C. Til sammenligning var natrium- og calciumcoboltoxidfilmene kun stabile indtil 350°C, og strontiumcobaltoxidfilmene var stabile op til 450°C. ZT af bariumcobaltoxidfilmen steg med temperaturen og nåede ~0,55 ved 600°C, hvilket kan sammenlignes med nogle kommercielt tilgængelige termoelektriske omformere.

"Vores undersøgelse har vist, at bariumcobaltoxidfilm ville være fremragende kandidater til termoelektriske højtemperaturkonverteringsenheder," sagde Hiromichi Ohta. "Derudover er de miljøvenlige, hvilket giver potentiale for bred udbredelse." + Udforsk yderligere

Forskere udvikler lagdelt koboltoxid med en rekordsættende termoelektrisk værdi