06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Warmteterugwinning ontsluiten: Calcium Kobaltieten in de voorhoede van thermo-elektrische innovatie
Nu de wereld geconfronteerd wordt met zowel een energiecrisis als een groeiende bezorgdheid over het milieu, is de behoefte aan schone, hernieuwbare en efficiënte energieoplossingen dringender dan ooit. Hoewel bronnen zoals zonne- en windenergie al worden gebruikt, hebben ze beperkingen zoals weersafhankelijkheid en infrastructuurkosten.
Een veelbelovend alternatief is thermo-elektrische (TE) energy harvesting - een technologie die gebruik maakt van het Seebeck-effect om afvalwarmte direct om te zetten in elektriciteit. Dit maakt het bijzonder aantrekkelijk voor industrieën en voertuigen waar vaak large hoeveelheden warmte verloren gaan.
Van de oxiden die worden onderzocht voor thermo-elektrische toepassingen bij hoge temperaturen, vallen calciumkobaltieten op door hun uitzonderlijke Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit en anisotrope transporteigenschappen. Het verbeteren van hun thermo-elektrische efficiëntie in polykristallijne vorm blijft echter een uitdaging.
Een nieuw pad voor thermo-elektrische oxiden
In het recente artikel "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", gepubliceerd in Advanced Functional Materials, wordt een innovatieve tweestapsstrategie gepresenteerd om de thermo-elektrische prestaties van polykristallijne calciumkobaltietkeramiek ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], meestal CCO genoemd).
De onderzoekers bereikten een zeer getextureerde 'bakstenen muur' microstructuur met uitzonderlijke korreluitlijning door vonkplasma SinterenSinteren is een productieproces voor het vormen van een mechanisch sterk lichaam uit keramisch of metaalpoeder. sinteren (SPS), een snelle en efficiënte pre-sintermethode die zorgt voor een hoge verdichting, te combineren met vonkplasma textureren (SPT), een aangepaste, randvrije configuratie die ervoor zorgt dat korrels vrij kunnen vervormen.
Deze geoptimaliseerde architectuur verbetert het ladingstransport in het vlak aanzienlijk en verlaagt tegelijkertijd de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid, waardoor de keramiek een recordwaarde(ZT) van 0,49 bereikt bij 1073 K.
NETZSCH Thermische analyse is essentieel voor ZT-bepaling
In dit onderzoek leverden de laboratoria NETZSCH Analyzing & Testing de zeer nauwkeurige thermische metingen die nodig waren voor het bepalen van de thermische transporteigenschappen. De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie werd gemeten met de NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash en de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit (Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp) werd bepaald met de NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Deze waarden waren essentieel voor het berekenen van de thermische geleidbaarheid (λ) en uiteindelijk het prestatiegetal(ZT) - de belangrijkste indicator van thermo-elektrisch rendement.
Om de volledige experimentele details, gegevensanalyse en implicaties van deze innovatieve benadering voor het ontwerpen van thermo-elektrische materialen te ontdekken, nodigen wij u uit om de originele publicatie te lezen.
Erkenningen
We willen de teams van het Instituut voor Fysische Chemie en Elektrochemie van de Leibniz Universiteit Hannover (Duitsland), het Wolfson Department of Chemical Engineering en het Grand Technion Energy Program (Technion, Israël), evenals de Technische Universiteit van Darmstadt (Duitsland), bedanken voor het opnemen van NETZSCH Analyzing & Testing in deze nieuwe gezamenlijke onderzoeksinspanning. We zijn er trots op dat we het onderzoek hebben ondersteund met onze expertise en instrumentatie op het gebied van thermische analyse, waardoor we zeer nauwkeurige gegevens hebben kunnen leveren die essentieel zijn voor de nauwkeurige evaluatie van de thermo-elektrische prestaties van het materiaal.
De open access financiering voor deze publicatie werd mogelijk gemaakt en georganiseerd door Projekt DEAL.
Meer informatie over NETZSCH DSC- en LFA-instrumenten voor toepassingen bij hoge temperaturen
