06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Jätelämmön talteenoton vapauttaminen: Kalsiumkobaliitit lämpösähköisen innovaation eturintamassa
Koska maailma kohtaa sekä energiakriisin että kasvavat ympäristöongelmat, puhtaiden, uusiutuvien ja tehokkaiden energiaratkaisujen tarve on kiireellisempi kuin koskaan. Vaikka aurinko- ja tuulivoiman kaltaisia energialähteitä on jo käytössä, niillä on rajoituksia, kuten säästä riippuvuus ja infrastruktuurikustannukset.
Yksi lupaava vaihtoehto on termosähköinen (TE) energian talteenotto - tekniikka, jossa Seebeckin vaikutusta käytetään hukkalämmön muuntamiseen suoraan sähköksi. Tämä tekee siitä erityisen houkuttelevan teollisuudessa ja ajoneuvoissa, joissa large menetetään usein lämpöä.
Korkean lämpötilan lämpösähköisiä sovelluksia varten tutkittavien oksidien joukossa kalsiumkobaliitit erottuvat edukseen poikkeuksellisen lämpöstabiilisuutensa ja anisotrooppisten siirto-ominaisuuksiensa ansiosta. Niiden lämpösähköisen hyötysuhteen parantaminen monikiteisessä muodossa on kuitenkin edelleen haastavaa.
Uusi tie lämpösähköisille oksideille
Äskettäin Advanced Functional Materials-lehdessä julkaistussa artikkelissa "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing" esitellään innovatiivinen kaksivaiheinen strategia, jolla parannetaan monikiteisen kalsiumkobaliittikeramiikan ([Ca₂CoO₃-δ]₀.) lämpösähköistä suorituskykyä.₆₂[CoO₂], yleisesti CCO).
Tutkijat saivat aikaan erittäin teksturoidun "tiiliseinäisen" mikrorakenteen, jossa on poikkeuksellinen raekohdistus, yhdistämällä kipinäplasmasintrauksen (SPS), joka on nopea ja tehokas esisintrausmenetelmä, jolla varmistetaan korkea tiivistyminen, ja kipinäplasmateksturoinnin (SPT), joka on muunnettu reunaton konfiguraatio, joka sallii raekappaleiden vapaan muodonmuutoksen.
Tämä optimoitu arkkitehtuuri parantaa merkittävästi varauksen kulkeutumista tasossa ja vähentää samalla lämmönjohtavuutta, minkä ansiosta keramiikka saavuttaa ennätyksellisenZT-arvon (ZT) 0,49 1073 K:ssa.
NETZSCH Lämpöanalyysi on välttämätön ZT:n määrityksessä
Tässä tutkimuksessa NETZSCH Analyzing & Testing -laboratoriot toimittivat lämpöliikenneominaisuuksien määrittämiseen tarvittavat erittäin tarkat lämpömittaukset. Lämpödiffuusiokyky mitattiin NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash -laitteella ja ominaislämpökapasiteetti (Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp) määritettiin NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® -laitteella . Nämä arvot olivat välttämättömiä lämmönjohtavuuden (λ) ja viime kädessä lämpöenergian hyötysuhteen keskeisen tunnusluvun(ZT) laskemiseksi.
Jos haluat tutustua kaikkiin kokeellisiin yksityiskohtiin, tietojen analysointiin ja tämän innovatiivisen lähestymistavan vaikutuksiin lämpösähköisten materiaalien suunnittelussa, pyydämme sinua lukemaan alkuperäisen julkaisun.
Kiitokset
Haluamme kiittää Leibnizin yliopiston Hannoverin fysikaalisen kemian ja sähkökemian instituutin (Saksa), Wolfsonin kemiantekniikan laitoksen ja Grand Technion Energy Programin (Technion, Israel) sekä Darmstadtin teknillisen yliopiston (Saksa) tiimejä siitä, että he ovat ottaneet NETZSCH Analyzing & Testing -palvelun mukaan tähän uuteen yhteiseen tutkimukseen. Olemme ylpeitä siitä, että olemme tukeneet tutkimusta lämpöanalyysiasiantuntemuksellamme ja -laitteistollamme, jotka tarjoavat erittäin tarkkoja tietoja, jotka ovat välttämättömiä materiaalin lämpösähköisen suorituskyvyn tarkan arvioinnin kannalta.
Projekt DEAL mahdollisti ja järjesti tämän julkaisun avoimen saatavuuden rahoituksen.
Lisätietoja NETZSCH DSC- ja LFA-laitteet korkean lämpötilan sovelluksiin
