06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Débloquer la récupération de la chaleur perdue : Les cobaltites de calcium à la pointe de l'innovation thermoélectrique
Alors que le monde est confronté à la fois à une crise énergétique et à des préoccupations environnementales croissantes, le besoin de solutions énergétiques propres, renouvelables et efficaces est plus urgent que jamais. Bien que des sources telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne soient déjà utilisées, elles présentent des limites telles que la dépendance aux conditions météorologiques et les coûts d'infrastructure.
Une alternative prometteuse est la récolte d'énergie thermoélectrique (TE), une technologie qui utilise l'effet Seebeck pour convertir la chaleur perdue directement en électricité. Cette technologie est particulièrement intéressante pour les industries et les véhicules qui perdent souvent des quantités de chaleur ( large ).
Parmi les oxydes étudiés pour les applications thermoélectriques à haute température, les cobaltites de calcium se distinguent par leur Stabilité thermiqueUn matériau est thermiquement stable s'il ne se décompose pas sous l'influence de la température. Une façon de déterminer la stabilité thermique d'une substance est d'utiliser un ATG (analyseur thermogravimétrique). stabilité thermique exceptionnelle et leurs propriétés de transport anisotropes. Toutefois, l'amélioration de leur efficacité thermoélectrique sous forme polycristalline reste un défi.
Une nouvelle voie pour les oxydes thermoélectriques
L'article récent, "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", publié dans Advanced Functional Materials, présente une stratégie innovante en deux étapes pour améliorer les performances thermoélectriques des céramiques polycristallines de cobaltite de calcium ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], communément appelée CCO).
Les chercheurs ont obtenu une microstructure en "mur de briques" hautement texturée avec un alignement exceptionnel des grains en combinant le FrittageLe frittage est un procédé de production permettant de former un corps mécaniquement résistant à partir d'une poudre céramique ou métallique. frittage plasma par étincelle (SPS), une méthode de pré-FrittageLe frittage est un procédé de production permettant de former un corps mécaniquement résistant à partir d'une poudre céramique ou métallique. frittage rapide et efficace qui garantit une densification élevée, avec la texturation plasma par étincelle (SPT), une configuration modifiée sans arêtes qui permet aux grains de se déformer librement.
Cette architecture optimisée améliore considérablement le transport des charges dans le plan tout en réduisant la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique, ce qui permet à la céramique d'atteindre un chiffre de mérite(ZT) record de 0,49 à 1073 K.
NETZSCH L'analyse thermique est essentielle à la détermination de la ZT
Dans cette étude, les laboratoires d'analyse et d'essai NETZSCH ont fourni les mesures thermiques de haute précision nécessaires à la détermination des propriétés de transport thermique. NETZSCH La diffusivité thermique a été mesurée avec leLFA 467 HT HyperFlash et la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique (Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp) a été déterminée avec le DSC 404NETZSCH F1 Pegasus® . Ces valeurs étaient essentielles pour calculer la conductivité thermique (λ) et, en fin de compte, le chiffre de mérite(ZT) - l'indicateur clé de l'efficacité thermoélectrique.
Pour découvrir tous les détails expérimentaux, l'analyse des données et les implications de cette approche innovante de la conception de matériaux thermoélectriques, nous vous invitons à lire la publication originale.
Remerciements
Nous tenons à remercier les équipes de l'Institut de chimie physique et d'électrochimie de l'Université Leibniz de Hanovre (Allemagne), du Département Wolfson d'ingénierie chimique et du Grand Technion Energy Program (Technion, Israël), ainsi que de l'Université technique de Darmstadt (Allemagne), pour avoir intégré NETZSCH Analyzing & Testing dans ce nouvel effort de recherche commun. Nous sommes fiers d'avoir soutenu l'étude grâce à notre expertise et à notre instrumentation en matière d'analyse thermique, en fournissant des données de haute précision, essentielles pour l'évaluation précise des performances thermoélectriques du matériau.
Le financement en libre accès de cette publication a été rendu possible et organisé par Projekt DEAL.
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