26.08.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Повишаване на термоелектрическата мощност с керамика от нанонишки - нов път към високоефективни калциеви кобалтити
Търсенето на нови начини за ефективно използване на енергията и усъвършенстване на устойчивите технологии е основна тема на нашето време. Поради това материалите, които могат да преобразуват топлината директно в електрическа енергия - така наречените термоелектрически материали - са все по-често в центъра на вниманието. Керамичните съединения на основата на калциев кобалтит се считат за особено обещаващи, тъй като са здрави, устойчиви на високи температури и ефективни в работата си.
В областта на високотемпературните термоелектрически материали постигането на анизотропни микроструктури в поликристалната керамика е ключова стратегия за повишаване на електропроводимостта при потискане на топлинния пренос.
Но как тези материали могат да бъдат допълнително подобрени? Сега изследователски екип е разработил изцяло нов подход за значително подобряване на свойствата на тези съединения, като по този начин се прави важна стъпка към по-чистото производство на енергия.
Неотдавнашното изследване, публикувано в Journal of the American Ceramic и озаглавено "Високоефективна термоелектрическа керамика от нанорибцови ленти от калциев кобалтит чрез електроспиниране и двойно плазмено текстуриране с искра", представя иновативен подход към това предизвикателство.
От нанонишки до високоефективна керамика
Изследователи от университета "Лайбниц" в Хановер и Техническия институт на Израел успешно комбинират електроспининг с последователно плазмено синтероване (SPS) и плазмено текстуриране без ръбове (SPT). Тази стратегия за обработка беше представена в предишен блог, където беше приложена към керамика на основата на CCO прах.
Ключовата иновация на този проект е използването на електроспинирани наноленти като изходен материал за създаване на силно текстурирана керамика от калциев кобалтит (Ca₃Co₄O₉, CCO).
Тези едноизмерни прекурсори по своята същност са анизотропни и вече показват подредена ориентация на зърната. След синтероване и текстуриране с помощта на комбинирания подход SPS + SPT полученият кобалтит има гъсто подредена, подобна на тухлена стена микроструктура, подобрена подредба за ефективен пренос на заряд в равнината и намалена топлопроводимост поради разсейване на фонони в текстурираните граници на зърната.
При 1073 K този обещаващ термоелектричен материал постига коефициент на полезно действие ZT = 0,53, което е сред най-високите стойности, докладвани за поликристален CCO.
NETZSCH Термоанализатори, позволяващи точна оценка на термоелектрическите свойства
Лабораторията NETZSCH Analyzing & Testing допринесе за съществени измервания за тази работа, като измери термичната дифузия, използвайки апарата NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash Laser Flash, и специфичния топлинен капацитет (Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp) с апарата NETZSCH DSC 404F1 Pegasus® Differential Scanning Calorimeter.
И двата вида данни позволиха точното изчисляване на стойностите на коефициента на топлопроводност (λ) и ZT, което дава пряка представа за ефекта на наноструктурирането върху преноса на топлина.
Това изследване подчертава как предварително структурираните, анизотропни керамични градивни елементи могат значително да подобрят термоелектричните свойства на оксидните материали. Синергията между иновативния синтез и прецизното термично охарактеризиране проправя пътя за нови технологии за събиране на енергия, базирани на стабилни, високопроизводителни керамични материали.
Благодарности
Тази работа е резултат от съвместните усилия на Института по физикохимия и електрохимия към Университета "Лайбниц" в Хановер (Германия) и катедрата по химично инженерство на Wolfson в сътрудничество с Енергийната програма на Нанси и Стефан Гранд Технион (GTEP) към Технологичния институт Технион-Израел (Хайфа, Израел), в корпорация с NETZSCH Analyzing & Testing.
Радваме се, че допринесохме за това изследване, като предоставихме експертни познания в областта на термичния анализ и апаратура за прецизно характеризиране на термофизичните свойства.
Финансирането на тази публикация със свободен достъп беше осигурено и организирано от Projekt DEAL.
Научете повече за NETZSCH DSC и LFA инструменти за високотемпературни приложения
