29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Přeměna odpadního tepla na energii pomocí technologie nanovláken - zvýšení výkonu termoelektrik
V pokročilé materiálové vědě je přesné strukturní inženýrství v nanorozměrech velmi důležité pro optimalizaci výkonu keramických kompozitů v různých aplikacích, včetně elektroniky, tepelného managementu a zejména termoelektrických materiálů. Zásadní výzvou v této oblasti je vytváření řízených asymetrických struktur, které optimalizují směrové vlastnosti a funkční účinnost.
Nedávná společná studie "Asymetrické strukturování keramického kompozitu pomocí ko-elektrospunovaných nanoribbonů kobaltitu sodného a kobaltitu vápenatého", publikovaná v časopise Journal of the American Ceramic Society, představuje významný pokrok směrem k překonání této výzvy. Výzkumníci z Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie Leibnizovy univerzity v Hannoveru (Německo) a Wolfsonovy katedry chemického inženýrství Technion-Izraelského technologického institutu (Haifa, Izrael) použili inovativní výrobní metodu zvanou ko-elektrospinning. Tato pokročilá varianta elektrospinningu umožnila přesnou přípravu kompozitních nanoribbonů sestávajících z kobaltitu sodného (NaCo₂O₄) a kobaltitu vápenatého (Ca₃Co₄O₉). Tento přístup umožnil přesnou kontrolu nad mikrostrukturou a strukturou keramiky, čímž vznikly materiály speciálně přizpůsobené pro lepší termoelektrický výkon.
Pokročilá charakterizace pomocí NETZSCH DSC a LFA: klíč k termoelektrickému výkonu
Naše laboratoř na adrese NETZSCH Analyzing & Testing přispěla k tomuto výzkumu specializovanou termickou analýzou. Konkrétně byla přesně stanovena Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost v rovině a mimo rovinu (λ) na základě tepelné difuzivity, která byla měřena pomocí přístroje NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, a hodnoty měrné tepelné kapacity, získané pomocí přístroje NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Tato měření přispěla ke komplexnímu vyhodnocení tepelného chování kompozitu.
Studie prokázala zvýšený termoelektrický výkon s účiníkem 9,9 μW/cm²K² a hodnotou ZT 0,49 při 1073 K, což překonává dříve uváděné hodnoty pro podobné materiály na bázi kobaltitu. Tato zlepšení souvisela se zvýšenou elektrickou vodivostí, kterou umožnily optimalizované vlastnosti nosičů náboje v nanostrukturovaném kompozitu.
Tento výzkum je příkladem toho, jak může efektivní spolupráce mezi akademickými institucemi a specializovanými analytickými laboratořemi urychlit pokrok v technologii keramických materiálů.
Poděkování
Děkujeme za spolupráci na výzkumu Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie na Leibnizově univerzitě v Hannoveru (Německo) a Wolfsonově katedře chemického inženýrství a programu Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) na Technion-Izraelském technologickém institutu (Haifa, Izrael). Jsme hrdí na to, že jsme tuto studii podpořili přispěním našich odborných znalostí a pokročilého přístrojového vybavení v oblasti termické analýzy.
Další informace o přístrojích NETZSCH DSC a LFA pro vysokoteplotní aplikace
