Afvalwarmte omzetten in energie met nanokristaltechnologie - de prestaties van thermo-elektrische materialen verbeteren

Een recente gezamenlijke studie, "Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribbons", gepubliceerd in het Journal of the American Ceramic Society, vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang in het overwinnen van deze uitdaging. Onderzoekers van het Instituut voor Fysische Chemie en Elektrochemie van de Leibniz Universiteit Hannover (Duitsland) en het Wolfson Department of Chemical Engineering van het Technion-Israel Institute of Technology (Haifa, Israël) maakten gebruik van een innovatieve fabricagemethode die co-electrospinning wordt genoemd. Deze geavanceerde variant van elektrospinning maakte de nauwkeurige bereiding mogelijk van samengestelde nanobanden bestaande uit natriumkobaltiet (NaCo₂O₄) en calciumkobaltiet (Ca₃Co₄O₉). De aanpak zorgde voor nauwkeurige controle over de keramische microstructuur en textuur, waardoor materialen ontstonden die specifiek waren afgestemd op verbeterde thermo-elektrische prestaties.

Geavanceerde karakterisering met NETZSCH DSC en LFA: sleutel tot thermo-elektrische prestaties

Ons laboratorium op NETZSCH Analyzing & Testing leverde gespecialiseerde thermische analyses die essentieel waren voor dit onderzoek. Met name 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 (λ) in en uit het vlak werd nauwkeurig bepaald op basis van 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, gemeten met de NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, en de waarden van 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, verkregen met de NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus^® .

Deze metingen droegen bij aan een uitgebreide evaluatie van het thermische gedrag van de composiet.

Het onderzoek toonde verbeterde thermo-elektrische prestaties aan, met een vermogensfactor van 9,9 μW/cm²K² en een ZT-waarde van 0,49 bij 1073 K, die eerder gerapporteerde waarden voor soortgelijke op kobaltiet gebaseerde materialen overtreft. Deze verbeteringen waren gekoppeld aan een verhoogde Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid door geoptimaliseerde eigenschappen van ladingsdragers binnen het nanogestructureerde composiet.

Dit onderzoek laat zien hoe effectieve samenwerking tussen academische instellingen en gespecialiseerde analytische laboratoria de vooruitgang in keramische materiaaltechnologie kan versnellen.

Erkenningen

We zijn dankbaar voor de gezamenlijke onderzoeksbijdragen van het Instituut voor Fysische Chemie en Elektrochemie van de Leibniz Universiteit Hannover (Duitsland) en het Wolfson Department of Chemical Engineering en het Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) van het Technion-Israel Institute of Technology (Haifa, Israël). We zijn er trots op dat we dit onderzoek hebben ondersteund door onze expertise en geavanceerde instrumentatie op het gebied van thermische analyse in te zetten.

Deel dit artikel: