06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Sbloccare il recupero del calore di scarto: Cobaltiti di calcio all'avanguardia nell'innovazione termoelettrica
Poiché il mondo si trova ad affrontare una crisi energetica e crescenti preoccupazioni ambientali, la necessità di soluzioni energetiche pulite, rinnovabili ed efficienti è più urgente che mai. Sebbene fonti come l'energia solare ed eolica siano già in uso, presentano limiti come la dipendenza dalle condizioni atmosferiche e i costi delle infrastrutture.
Un'alternativa promettente è la raccolta di energia termoelettrica (TE), una tecnologia che sfrutta l'effetto Seebeck per convertire il calore di scarto direttamente in elettricità. Ciò la rende particolarmente interessante per le industrie e i veicoli in cui large quantità di calore viene spesso dispersa.
Tra gli ossidi che si stanno esplorando per le applicazioni termoelettriche ad alta temperatura, le cobalte di calcio spiccano per la loro eccezionale Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica e le proprietà di trasporto anisotrope. Tuttavia, migliorare la loro efficienza termoelettrica in forma policristallina rimane una sfida.
Un nuovo percorso per gli ossidi termoelettrici
Il recente articolo "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", pubblicato su Advanced Functional Materials, presenta una strategia innovativa in due fasi per migliorare le prestazioni termoelettriche della ceramica policristallina di cobalto di calcio ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], comunemente chiamata CCO).
I ricercatori hanno ottenuto una microstruttura "brick wall" altamente strutturata con un eccezionale allineamento dei grani combinando la SinterizzazioneLa sinterizzazione è un processo di produzione per la formazione di un corpo meccanicamente resistente a partire da una polvere ceramica o metallica. sinterizzazione al plasma a scintilla (SPS), un metodo di pre-SinterizzazioneLa sinterizzazione è un processo di produzione per la formazione di un corpo meccanicamente resistente a partire da una polvere ceramica o metallica. sinterizzazione rapido ed efficiente che garantisce un'elevata densificazione, con la testurizzazione al plasma a scintilla (SPT), una configurazione modificata e priva di bordi che consente ai grani di deformarsi liberamente.
Questa architettura ottimizzata migliora in modo significativo il trasporto di carica in piano, riducendo al contempo la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica e consentendo alla ceramica di raggiungere una cifra di merito(ZT) record di 0,49 a 1073 K.
NETZSCH L'analisi termica è essenziale per la determinazione dello ZT
In questo studio, i laboratori NETZSCH Analyzing & Testing hanno fornito le misure termiche di alta precisione necessarie per determinare le proprietà di trasporto termico. La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica è stata misurata con NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash e la Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica (Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp) è stata determinata con NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Questi valori sono stati essenziali per calcolare la conduttività termica (λ) e, in ultima analisi, la figura di merito(ZT), l'indicatore chiave dell'efficienza termoelettrica.
Per conoscere tutti i dettagli sperimentali, l'analisi dei dati e le implicazioni di questo approccio innovativo alla progettazione di materiali termoelettrici, vi invitiamo a leggere la pubblicazione originale.
Ringraziamenti
Desideriamo ringraziare i team dell'Istituto di Chimica Fisica ed Elettrochimica dell'Università Leibniz di Hannover (Germania), il Dipartimento di Ingegneria Chimica Wolfson e il Grand Technion Energy Program (Technion, Israele), nonché l'Università Tecnica di Darmstadt (Germania), per aver incorporato NETZSCH Analyzing & Testing in questo nuovo sforzo di ricerca congiunto. Siamo orgogliosi di aver supportato lo studio con la nostra esperienza e strumentazione per l'analisi termica, fornendo dati di alta precisione, essenziali per una valutazione accurata delle prestazioni termoelettriche del materiale.
Il finanziamento ad accesso libero per questa pubblicazione è stato consentito e organizzato da Projekt DEAL.
Ulteriori informazioni su NETZSCH Strumenti DSC e LFA per applicazioni ad alta temperatura
