06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Återvinning av spillvärme: Kalciumkobaltiter i framkant av termoelektrisk innovation
Världen står inför både en energikris och växande miljöproblem, och behovet av rena, förnybara och effektiva energilösningar är därför mer angeläget än någonsin. Även om källor som sol- och vindkraft redan används har de begränsningar som väderberoende och infrastrukturkostnader.
Ett lovande alternativ är termoelektrisk (TE) energy harvesting - en teknik som använder Seebeck-effekten för att omvandla spillvärme direkt till elektricitet. Detta gör den särskilt attraktiv för industrier och fordon där large mängder värme ofta går förlorad.
Bland de oxider som undersöks för termoelektriska tillämpningar vid höga temperaturer utmärker sig kalciumkobaltiter genom sin exceptionella termiska stabilitet och sina anisotropiska transportegenskaper. Det är dock fortfarande en utmaning att förbättra deras termoelektriska effektivitet i polykristallin form.
En ny väg för termoelektriska oxider
I den nyligen publicerade artikeln "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", publicerad i Advanced Functional Materials, presenteras en innovativ tvåstegsstrategi för att förbättra den termoelektriska prestandan hos polykristallin kalciumkobaltitkeramik([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], vanligen kallad CCO).
Forskarna uppnådde en mycket strukturerad "tegelväggs"-mikrostruktur med exceptionell kornriktning genom att kombinera gnistplasmasintring (SPS), en snabb och effektiv försintringsmetod som säkerställer hög förtätning, med gnistplasmatexturering (SPT), en modifierad, kantfri konfiguration som gör att kornen kan deformeras fritt.
Denna optimerade arkitektur förbättrar avsevärt laddningstransporten i planet samtidigt som den minskar värmeledningsförmågan, vilket gör att keramiken kan uppnå ett rekordhögtZT-värde(Figure of Merit) på 0,49 vid 1073 K.
NETZSCH Termisk analys är avgörande för ZT-bestämning
I denna studie tillhandahöll NETZSCH Analyzing & Testing-laboratorierna de termiska mätningar med hög precision som krävdes för att bestämma de termiska transportegenskaperna. Den termiska diffusiviteten uppmättes med NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash och den specifika värmekapaciteten (Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp) bestämdes med NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Dessa värden var avgörande för att beräkna värmeledningsförmågan (λ) och i slutändan värdet(ZT)- den viktigaste indikatorn på termoelektrisk effektivitet.
För att utforska alla experimentella detaljer, dataanalys och konsekvenserna av detta innovativa tillvägagångssätt för termoelektrisk materialdesign, inbjuder vi dig att läsa originalpublikationen.
Tack och lov
Vi vill tacka teamen vid Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Leibniz University Hannover (Tyskland), Wolfson Department of Chemical Engineering och Grand Technion Energy Program (Technion, Israel), samt Technical University of Darmstadt (Tyskland), för att ha införlivat NETZSCH Analyzing & Testing i denna nya gemensamma forskningsinsats. Vi är stolta över att ha stöttat studien med vår expertis och instrumentering inom termisk analys, vilket har gett högprecisionsdata som är avgörande för en korrekt utvärdering av materialets termoelektriska prestanda.
Open access-finansiering för denna publikation möjliggjordes och organiserades av Projekt DEAL.
Läs mer om NETZSCH DSC- och LFA-instrument för högtemperaturtillämpningar
