06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Desbloqueando a recuperação de calor residual: Cobaltites de cálcio na vanguarda da inovação termoelétrica
Como o mundo enfrenta uma crise de energia e preocupações ambientais crescentes, a necessidade de soluções de energia limpa, renovável e eficiente é mais urgente do que nunca. Embora fontes como a energia solar e eólica já estejam em uso, elas têm limitações, como a dependência do clima e os custos de infraestrutura.
Uma alternativa promissora é a coleta de energia termoelétrica (TE), uma tecnologia que usa o efeito Seebeck para converter o calor residual diretamente em eletricidade. Isso a torna particularmente atraente para os setores e veículos em que large quantidades de calor são frequentemente perdidas.
Entre os óxidos que estão sendo explorados para aplicações termoelétricas de alta temperatura, as cobaltitas de cálcio se destacam devido à sua excepcional Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e propriedades de transporte anisotrópico. Entretanto, melhorar sua eficiência termoelétrica na forma policristalina continua sendo um desafio.
Um novo caminho para os óxidos termoelétricos
O artigo recente, "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", publicado na Advanced Functional Materials, apresenta uma estratégia inovadora de duas etapas para aprimorar o desempenho termoelétrico de cerâmicas policristalinas de cobaltita de cálcio ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], comumente chamada de CCO).
Os pesquisadores obtiveram uma microestrutura de "parede de tijolos" altamente texturizada com excepcional alinhamento de grãos combinando SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização por plasma de faísca (SPS), um método de pré-SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização rápido e eficiente que garante alta densificação, com texturização por plasma de faísca (SPT), uma configuração modificada e sem bordas que permite que os grãos se deformem livremente.
Essa arquitetura otimizada melhora significativamente o transporte de carga no plano e, ao mesmo tempo, reduz a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, permitindo que a cerâmica atinja uma figura de mérito(ZT) recorde de 0,49 a 1073 K.
NETZSCH A análise térmica é essencial para a determinação da ZT
Neste estudo, os laboratórios da NETZSCH Analyzing & Testing forneceram as medições térmicas de alta precisão necessárias para determinar as propriedades de transporte térmico. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica foi medida com o NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash e a capacidade de calor específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) foi determinada com o NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Esses valores foram essenciais para calcular a condutividade térmica (λ) e, em última análise, a figura de mérito(ZT), o principal indicador da eficiência termoelétrica.
Para explorar os detalhes experimentais completos, a análise de dados e as implicações dessa abordagem inovadora para o projeto de materiais termoelétricos, convidamos você a ler a publicação original.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer às equipes do Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, da Leibniz University Hannover (Alemanha), do Wolfson Department of Chemical Engineering e do Grand Technion Energy Program (Technion, Israel), bem como da Technical University of Darmstadt (Alemanha), por incorporarem a NETZSCH Analyzing & Testing nesse novo esforço conjunto de pesquisa. Temos orgulho de ter apoiado o estudo com nossa experiência e instrumentação em análise térmica, fornecendo dados de alta precisão, essenciais para a avaliação exata do desempenho termoelétrico do material.
O financiamento de acesso aberto para esta publicação foi viabilizado e organizado pelo Projekt DEAL.
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