06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
A hulladékhő hasznosításának felszabadítása: A kalcium-kobaltitok a termoelektromos innováció élvonalában
Mivel a világnak egyszerre kell szembenéznie az energiaválsággal és a növekvő környezetvédelmi aggályokkal, a tiszta, megújuló és hatékony energiamegoldások iránti igény sürgetőbb, mint valaha. Bár az olyan energiaforrások, mint a nap- és szélenergia már használatban vannak, korlátok vannak, például az időjárásfüggőség és az infrastrukturális költségek.
Az egyik ígéretes alternatíva a termoelektromos (TE) energiagyűjtés - egy olyan technológia, amely a Seebeck-effektust használja fel a hulladékhő közvetlen elektromos árammá alakítására. Ez különösen vonzóvá teszi ezt a technológiát az ipar és a járművek számára, ahol a large gyakran veszít hőmennyiséget.
A magas hőmérsékletű termoelektromos alkalmazásokhoz vizsgált oxidok közül a kalcium-kobaltitok kiemelkednek kivételes hőstabilitásuk és anizotróp transzporttulajdonságaik miatt. A termoelektromos hatásfokuk javítása polikristályos formában azonban továbbra is kihívást jelent.
Új út a termoelektromos oxidok számára
Az Advanced Functional Materials című szaklapban nemrégiben megjelent "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing" című cikk innovatív kétlépcsős stratégiát mutat be a polikristályos kalcium-kobaltit kerámia ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], közismert nevén CCO).
A kutatók a szikraplazma-SzinterezésA szinterezés olyan gyártási eljárás, amelynek során kerámia- vagy fémporból mechanikailag erős testet alakítanak ki. szinterezés (SPS) - egy gyors és hatékony, nagy sűrítést biztosító előszinterezési módszer, amely gyors és hatékony - és a szikraplazma-szövegezés (SPT) - egy módosított, élmentes konfiguráció, amely lehetővé teszi a szemcsék szabad deformálódását - kombinálásával értek el rendkívül texturált "téglafal" mikroszerkezetet, kivételes szemcseelrendezéssel.
Ez az optimalizált felépítés jelentősen javítja a síkbeli töltésszállítást, miközben csökkenti a hővezető képességet, lehetővé téve, hogy a kerámia 1073 K hőmérsékleten 0,49-es rekord értéket(ZT) érjen el.
NETZSCH A termikus elemzés elengedhetetlen a ZT meghatározásához
Ebben a tanulmányban a NETZSCH Analyzing & Testing laboratóriumai biztosították a hőszállítási tulajdonságok meghatározásához szükséges nagy pontosságú termikus méréseket. A termikus diffúziós képességet a NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash készülékk el, a fajlagos hőkapacitást (cp) pedig aNETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® készülékkel határozták meg. Ezek az értékek nélkülözhetetlenek voltak a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (λ) és végső soron az érdemszám(ZT) - a termoelektromos hatásfok legfontosabb mutatója - kiszámításához.
A termoelektromos anyagok tervezésének ezen innovatív megközelítésének teljes kísérleti részleteit, az adatok elemzését és következményeit az eredeti kiadványban olvashatja el.
Köszönetnyilvánítás
Szeretnénk köszönetet mondani a Leibniz University Hannover (Németország) Fizikai Kémiai és Elektrokémiai Intézetének, a Wolfson Vegyészmérnöki Tanszéknek és a Grand Technion Energy Programnak (Technion, Izrael), valamint a Darmstadti Műszaki Egyetemnek (Németország), hogy a NETZSCH Analyzing & Testing-et bevonták ebbe az új közös kutatásba. Büszkék vagyunk arra, hogy termoanalitikai szakértelmünkkel és műszerezettségünkkel támogattuk a tanulmányt, nagy pontosságú adatokat szolgáltatva, amelyek elengedhetetlenek az anyag termoelektromos teljesítményének pontos értékeléséhez.
A publikáció nyílt hozzáférésű finanszírozását a Projekt DEAL tette lehetővé és szervezte meg.
További információ a NETZSCH DSC és LFA műszerek magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz
