06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Ξεκλείδωμα της ανάκτησης θερμότητας αποβλήτων: Κοβαλτίτες ασβεστίου στην αιχμή της θερμοηλεκτρικής καινοτομίας
Καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει ενεργειακή κρίση και αυξανόμενες περιβαλλοντικές ανησυχίες, η ανάγκη για καθαρές, ανανεώσιμες και αποδοτικές ενεργειακές λύσεις είναι πιο επείγουσα από ποτέ. Αν και πηγές όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια χρησιμοποιούνται ήδη, έχουν περιορισμούς, όπως η εξάρτηση από τις καιρικές συνθήκες και το κόστος των υποδομών.
Μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση είναι η θερμοηλεκτρική (ΘΕ) συγκομιδή ενέργειας - μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί το φαινόμενο Seebeck για τη μετατροπή της απορριπτόμενης θερμότητας απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό την καθιστά ιδιαίτερα ελκυστική για τις βιομηχανίες και τα οχήματα όπου συχνά χάνονται ποσότητες θερμότητας large.
Μεταξύ των οξειδίων που διερευνώνται για θερμοηλεκτρικές εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, οι κοβαλτίτες ασβεστίου ξεχωρίζουν λόγω της εξαιρετικής θερμικής τους σταθερότητας και των ανισοτροπικών ιδιοτήτων μεταφοράς. Ωστόσο, η βελτίωση της θερμοηλεκτρικής τους απόδοσης σε πολυκρυσταλλική μορφή παραμένει πρόκληση.
Ένας νέος δρόμος για τα θερμοηλεκτρικά οξείδια
Το πρόσφατο άρθρο με τίτλο "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", που δημοσιεύθηκε στο Advanced Functional Materials, παρουσιάζει μια καινοτόμο στρατηγική δύο βημάτων για τη βελτίωση της θερμοηλεκτρικής απόδοσης πολυκρυσταλλικών κεραμικών κοβαλτιτικού ασβεστίου ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], κοινώς CCO).
Οι ερευνητές πέτυχαν μια μικροδομή με υψηλή υφή "τοίχου τούβλου" με εξαιρετική ευθυγράμμιση των κόκκων συνδυάζοντας την πυροσυσσωμάτωση με πλάσμα σπινθήρα (SPS), μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδο προ-συσσωμάτωσης που εξασφαλίζει υψηλή συμπύκνωση, με την πυροσυσσωμάτωση με πλάσμα σπινθήρα (SPT), μια τροποποιημένη διαμόρφωση χωρίς ακμές που επιτρέπει στους κόκκους να παραμορφώνονται ελεύθερα.
Αυτή η βελτιστοποιημένη αρχιτεκτονική βελτιώνει σημαντικά τη μεταφορά φορτίου εντός του επιπέδου, μειώνοντας παράλληλα τη θερμική αγωγιμότητα, επιτρέποντας στο κεραμικό να επιτύχει έναν αριθμό ρεκόρ αξιοκρατίας(ZT) 0,49 στους 1073 K.
NETZSCH Η θερμική ανάλυση είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό του ZT
Σε αυτή τη μελέτη, τα εργαστήρια NETZSCH Analyzing & Testing παρείχαν τις θερμικές μετρήσεις υψηλής ακρίβειας που απαιτούνται για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων θερμικής μεταφοράς. Η θερμική διαχυτότητα μετρήθηκε με το NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash και η ειδική θερμοχωρητικότητα (Ειδική θερμοχωρητικότητα (cp)Η θερμοχωρητικότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος ειδικό για κάθε υλικό, το οποίο καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο δείγμα, διαιρούμενη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα σχετίζεται με τη μονάδα μάζας του δείγματος.cp) προσδιορίστηκε με το NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Οι τιμές αυτές ήταν απαραίτητες για τον υπολογισμό της θερμικής αγωγιμότητας (λ) και, εν τέλει, του δείκτη αξίας(ZT) - του βασικού δείκτη της θερμοηλεκτρικής απόδοσης.
Για να εξερευνήσετε τις πλήρεις πειραματικές λεπτομέρειες, την ανάλυση των δεδομένων και τις επιπτώσεις αυτής της καινοτόμου προσέγγισης στο σχεδιασμό θερμοηλεκτρικών υλικών, σας προσκαλούμε να διαβάσετε την αρχική δημοσίευση.
Ευχαριστίες
Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τις ομάδες του Ινστιτούτου Φυσικής Χημείας και Ηλεκτροχημείας του Πανεπιστημίου Leibniz του Ανόβερου (Γερμανία), του Τμήματος Χημικών Μηχανικών Wolfson και του Grand Technion Energy Program (Technion, Ισραήλ), καθώς και του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Darmstadt (Γερμανία), για την ενσωμάτωση του NETZSCH Analyzing & Testing σε αυτή τη νέα κοινή ερευνητική προσπάθεια. Είμαστε υπερήφανοι που υποστηρίξαμε τη μελέτη με την τεχνογνωσία και τα όργανα θερμικής ανάλυσης που διαθέτουμε, παρέχοντας δεδομένα υψηλής ακρίβειας, απαραίτητα για την ακριβή αξιολόγηση της θερμοηλεκτρικής απόδοσης του υλικού.
Η χρηματοδότηση ανοικτής πρόσβασης για την παρούσα δημοσίευση ενεργοποιήθηκε και οργανώθηκε από το Projekt DEAL.
Μάθετε περισσότερα για τα όργανα NETZSCH DSC και LFA για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας
