29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Trasformare il calore di scarto in energia con la tecnologia dei nanoribboncini - Migliorare le prestazioni della termoelettrica
Nella scienza dei materiali avanzati, l'ingegneria strutturale precisa su scala nanometrica è molto importante per ottimizzare le prestazioni dei compositi ceramici in varie applicazioni, tra cui l'elettronica, la gestione termica e soprattutto i materiali termoelettrici. Una sfida fondamentale in questo campo è la creazione di strutture asimmetriche controllate che ottimizzino le proprietà direzionali e l'efficienza funzionale.
Uno studio recentemente pubblicato sul Journal of the American Ceramic Society, dal titolo “Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribbons”, rappresenta un passo importante in questa direzione.
I ricercatori dell’Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry della Leibniz University Hannover (Germania) e del Wolfson Department of Chemical Engineering del Technion – Israel Institute of Technology (Haifa, Israele) hanno impiegato un metodo innovativo di fabbricazione noto come co-electrospinning.
Questa evoluzione della tecnica di electrospinning ha permesso di ottenere con elevata precisione nanoribbon ceramici compositi costituiti da cobaltite di sodio (NaCo₂O₄) e cobaltite di calcio (Ca₃Co₄O₉). Il processo ha garantito un controllo accurato su struttura e tessitura del materiale, producendo ceramiche progettate per ottenere prestazioni termolettriche superiori.
Caratterizzazione avanzata delle proprietà termolettriche con le analisi DSC e LFA di NETZSCH
Il laboratorio NETZSCH Analyzing & Testing ha contribuito a questo studio fornendo analisi termiche specifiche, fondamentali per la caratterizzazione del comportamento termico dei nanoribbon. In particolare, la conducibilità termica in-plane e out-of-plane (λ) è stata determinata con precisione a partire dalla 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, misurata con il NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, e dal calore specifico, ottenuto mediante calorimetria differenziale a scansione con il NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Queste analisi hanno consentito una valutazione completa e affidabile del comportamento termo-fisico del materiale.
Il composito sviluppato ha mostrato prestazioni termolettriche superiori a quelle precedentemente riportate per materiali analoghi a base di cobaltite, con un fattore di potenza pari a 9,9 μW/cm²K² e una figura di merito (zT) pari a 0,49 a 1073 K .
Questi miglioramenti sono attribuiti a un aumento della Conduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica.conduttività elettrica, favorito da una mobilità ottimizzata dei portatori di carica all’interno della matrice ceramica nanostrutturata.
Lo studio dimostra come una progettazione intelligente di strutture ceramiche anisotrope su scala nanometrica, abbinata a una caratterizzazione termica avanzata, possa guidare lo sviluppo di materiali termolettrici ad alte prestazioni.
Una sinergia efficace tra ricerca accademica e strumentazione scientifica specializzata può accelerare l’innovazione nella conversione dell’energia termica residua in elettricità utile.
Ringraziamenti
Questo lavoro è il frutto di una collaborazione tra l’Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry della Leibniz University Hannover (Germania) e il Wolfson Department of Chemical Engineering, insieme al Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) del Technion – Israel Institute of Technology (Haifa, Israele), con il contributo di NETZSCH Analyzing & Testing.
Siamo lieti di aver contribuito all'attività di ricerca con la nostra esperienza e con gli strumenti avanzati per l’analisi termica, fondamentali per la caratterizzazione delle proprietà termo-fisiche dei materiali innovativi studiati.
Ulteriori informazioni su NETZSCH Strumenti DSC e LFA per applicazioni ad alta temperatura
