06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Odblokowanie odzysku ciepła odpadowego: Kobaltyty wapnia w czołówce innowacji termoelektrycznych
Ponieważ świat stoi w obliczu kryzysu energetycznego i rosnących obaw o środowisko, potrzeba czystych, odnawialnych i wydajnych rozwiązań energetycznych jest pilniejsza niż kiedykolwiek. Chociaż źródła takie jak energia słoneczna i wiatrowa są już w użyciu, mają one ograniczenia, takie jak zależność od pogody i koszty infrastruktury.
Jedną z obiecujących alternatyw jest termoelektryczne (TE) pozyskiwanie energii - technologia wykorzystująca efekt Seebecka do przekształcania ciepła odpadowego bezpośrednio w energię elektryczną. Czyni ją to szczególnie atrakcyjną dla przemysłu i pojazdów, w których często tracone są large ilości ciepła.
Wśród tlenków badanych pod kątem zastosowań termoelektrycznych w wysokich temperaturach, kobaltyty wapnia wyróżniają się wyjątkową stabilnością termiczną i anizotropowymi właściwościami transportowymi. Jednak poprawa ich wydajności termoelektrycznej w postaci polikrystalicznej pozostaje wyzwaniem.
Nowa ścieżka dla tlenków termoelektrycznych
Niedawny artykuł "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", opublikowany w Advanced Functional Materials, przedstawia innowacyjną dwuetapową strategię poprawy właściwości termoelektrycznych polikrystalicznej ceramiki z kobaltytu wapnia ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], powszechnie określana jako CCO).
Naukowcy osiągnęli wysoce teksturowaną mikrostrukturę "ceglanego muru" z wyjątkowym wyrównaniem ziaren, łącząc SpiekanieSpiekanie to proces produkcyjny polegający na formowaniu mechanicznie wytrzymałego korpusu z proszku ceramicznego lub metalicznego. spiekanie plazmą iskrową (SPS), szybką i wydajną metodę spiekania wstępnego, która zapewnia wysoką gęstość, z teksturowaniem plazmą iskrową (SPT), zmodyfikowaną konfiguracją bez krawędzi, która umożliwia swobodne odkształcanie ziaren.
Ta zoptymalizowana architektura znacznie poprawia transport ładunku w płaszczyźnie, jednocześnie zmniejszając przewodność cieplną, umożliwiając ceramice osiągnięcie rekordowego współczynnika przewodności cieplnej(ZT) na poziomie 0,49 w temperaturze 1073 K.
NETZSCH Analiza termiczna jest niezbędna do określenia ZT
W tym badaniu laboratoria NETZSCH Analyzing & Testing zapewniły precyzyjne pomiary termiczne wymagane do określenia właściwości transportu termicznego. Dyfuzyjność cieplna została zmierzona za pomocą NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, a Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki. pojemność cieplna właściwa (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) została określona za pomocą NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Wartości te były niezbędne do obliczenia przewodności cieplnej (λ) i ostatecznie współczynnika przewodności cieplnej(ZT) - kluczowego wskaźnika wydajności termoelektrycznej.
Aby poznać wszystkie szczegóły eksperymentalne, analizę danych i implikacje tego innowacyjnego podejścia do projektowania materiałów termoelektrycznych, zapraszamy do zapoznania się z oryginalną publikacją.
Podziękowania
Chcielibyśmy podziękować zespołom z Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii, Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze (Niemcy), Wydziału Inżynierii Chemicznej Wolfson i Programu Energetycznego Grand Technion (Technion, Izrael), a także Uniwersytetu Technicznego w Darmstadt (Niemcy), za włączenie NETZSCH Analyzing & Testing do tego nowego wspólnego wysiłku badawczego. Jesteśmy dumni, że mogliśmy wesprzeć to badanie naszą wiedzą i oprzyrządowaniem w zakresie analizy termicznej, dostarczając wysoce precyzyjnych danych, niezbędnych do dokładnej oceny wydajności termoelektrycznej materiału.
Otwarty dostęp do finansowania tej publikacji został umożliwiony i zorganizowany przez Projekt DEAL.
Dowiedz się więcej o urządzeniach NETZSCH DSC i LFA do zastosowań wysokotemperaturowych
