06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Odblokování využití odpadního tepla: Kobaltity vápníku v čele termoelektrických inovací
Vzhledem k tomu, že svět čelí energetické krizi a rostoucím obavám o životní prostředí, je potřeba čistých, obnovitelných a účinných energetických řešení naléhavější než kdy jindy. Přestože se již používají zdroje, jako je solární a větrná energie, mají svá omezení, jako je závislost na počasí a náklady na infrastrukturu.
Jednou ze slibných alternativ je termoelektrický (TE) sběr energie - technologie, která využívá Seebeckova jevu k přeměně odpadního tepla přímo na elektřinu. To ji činí obzvláště atraktivní pro průmysl a vozidla, kde se často ztrácí large množství tepla.
Mezi oxidy zkoumanými pro vysokoteplotní termoelektrické aplikace vynikají kobaltity vápníku díky své výjimečné tepelné stabilitě a anizotropním transportním vlastnostem. Zlepšení jejich termoelektrické účinnosti v polykrystalické formě však zůstává výzvou.
Nová cesta pro termoelektrické oxidy
Nedávný článek "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", publikovaný v časopise Advanced Functional Materials, představuje inovativní dvoustupňovou strategii pro zvýšení termoelektrického výkonu polykrystalické kobaltit vápenaté keramiky ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], běžně označované jako CCO).
Výzkumníci dosáhli vysoce strukturované mikrostruktury "cihlové zdi" s výjimečným uspořádáním zrn kombinací spékání jiskrovým plazmatem (SPS), rychlé a účinné metody předspékání, která zajišťuje vysokou hustotu, s texturováním jiskrovým plazmatem (SPT), což je modifikovaná konfigurace bez okrajů, která umožňuje volnou deformaci zrn.
Tato optimalizovaná architektura výrazně zlepšuje transport náboje v rovině a zároveň snižuje tepelnou vodivost, což umožňuje dosáhnout rekordní hodnotyZT 0,49 při teplotě 1073 K.
NETZSCH Tepelná analýza je pro stanovení ZT zásadní
V této studii poskytly laboratoře NETZSCH Analyzing & Testing vysoce přesná tepelná měření potřebná pro stanovení tepelných transportních vlastností. Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita byla měřena pomocí přístroje NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash a Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.měrná tepelná kapacita (Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp) byla stanovena pomocí přístroje NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus®. Tyto hodnoty byly zásadní pro výpočet tepelné vodivosti (λ) a nakonec i pro výpočet hodnotyZT- klíčového ukazatele termoelektrické účinnosti.
Chcete-li se seznámit s úplnými experimentálními podrobnostmi, analýzou dat a důsledky tohoto inovativního přístupu k návrhu termoelektrického materiálu, zveme vás k přečtení původní publikace.
Poděkování
Rádi bychom poděkovali týmům Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie Leibnizovy univerzity v Hannoveru (Německo), Wolfsonovy katedry chemického inženýrství a Velkého energetického programu Technion (Technion, Izrael), jakož i Technické univerzity v Darmstadtu (Německo) za zapojení NETZSCH Analyzing & Testing do tohoto nového společného výzkumu. Jsme hrdí na to, že jsme studii podpořili svými odbornými znalostmi v oblasti termické analýzy a přístrojového vybavení, které poskytlo vysoce přesná data, nezbytná pro přesné vyhodnocení termoelektrického výkonu materiálu.
Financování této publikace s otevřeným přístupem umožnila a zorganizovala společnost Projekt DEAL.
Další informace o přístrojích NETZSCH DSC a LFA pro vysokoteplotní aplikace
