29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Przekształcanie ciepła odpadowego w energię elektryczną dzięki technologii nanowstążek - poprawa wydajności termoelektryki
W zaawansowanej nauce o materiałach precyzyjna inżynieria strukturalna w nanoskali jest bardzo ważna dla optymalizacji wydajności kompozytów ceramicznych w różnych zastosowaniach, w tym w elektronice, zarządzaniu ciepłem, a zwłaszcza w materiałach termoelektrycznych. Podstawowym wyzwaniem w tej dziedzinie jest tworzenie kontrolowanych struktur asymetrycznych, które optymalizują właściwości kierunkowe i wydajność funkcjonalną.
Niedawne wspólne badanie "Asymetryczne strukturyzowanie kompozytu ceramicznego za pomocą nanowłókien z kobaltytu sodu i kobaltytu wapnia", opublikowane w Journal of the American Ceramic Society, stanowi znaczący postęp w kierunku przezwyciężenia tego wyzwania. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze (Niemcy) oraz Wydziału Inżynierii Chemicznej Wolfsona w Instytucie Technologii Technion-Izrael (Hajfa, Izrael) zastosowali innowacyjną metodę produkcji zwaną współbieżnym elektroprzędzeniem. Ta zaawansowana odmiana elektroprzędzenia pozwoliła na precyzyjne przygotowanie kompozytowych nanorurek składających się z kobaltytu sodu (NaCo₂O₄) i kobaltytu wapnia (Ca₃Co₄O₉). Podejście to zapewniło dokładną kontrolę nad mikrostrukturą i teksturą ceramiki, tworząc materiały specjalnie dostosowane do poprawy wydajności termoelektrycznej.
Zaawansowana charakterystyka za pomocą NETZSCH DSC i LFA: klucz do wydajności termoelektrycznej
Nasze laboratorium NETZSCH Analyzing & Testing przeprowadziło specjalistyczną analizę termiczną niezbędną do przeprowadzenia tych badań. W szczególności Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna w płaszczyźnie i poza płaszczyzną (λ) została dokładnie określona na podstawie dyfuzyjności cieplnej, zmierzonej za pomocą NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, oraz wartości pojemności cieplnej właściwej, uzyskanej za pomocą NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Pomiary te przyczyniły się do kompleksowej oceny zachowania termicznego kompozytu.
Badanie wykazało zwiększoną wydajność termoelektryczną, ze współczynnikiem mocy 9,9 μW/cm²K² i wartością ZT 0,49 przy 1073 K, przewyższającą wcześniej zgłaszane wartości dla podobnych materiałów na bazie kobaltu. Ulepszenia te zostały powiązane ze zwiększoną przewodnością elektryczną, możliwą dzięki zoptymalizowanym właściwościom nośników ładunku w nanostrukturalnym kompozycie.
Badania te stanowią przykład tego, jak skuteczna współpraca między instytucjami akademickimi i wyspecjalizowanymi laboratoriami analitycznymi może przyspieszyć postęp w technologii materiałów ceramicznych.
Podziękowania
Z wdzięcznością dziękujemy za współpracę Instytutowi Chemii Fizycznej i Elektrochemii Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze (Niemcy) oraz Wydziałowi Inżynierii Chemicznej Wolfson i Nancy & Stephan Grand Technion Energy Program (GTEP) w Technion-Israel Institute of Technology (Hajfa, Izrael). Jesteśmy dumni, że mogliśmy wesprzeć to badanie, wnosząc naszą wiedzę i zaawansowane oprzyrządowanie w dziedzinie analizy termicznej.
Dowiedz się więcej o urządzeniach NETZSCH DSC i LFA do zastosowań wysokotemperaturowych
