Отработанное тепло является очень многообещающим источником энергосбережения и повторного использования энергии путем преобразования этого тепла в электричество - процесс, называемый термоэлектрическим преобразованием. Коммерчески доступные устройства термоэлектрического преобразования синтезируются с использованием редких металлов. Хотя они довольно эффективны, они дороги и в большинстве случаев используют токсичные материалы. Оба эти фактора привели к тому, что эти преобразователи получили ограниченное применение. Одной из альтернатив являются термоэлектрические материалы на основе оксидов, но основным недостатком, от которого они страдают, является отсутствие доказательств их стабильности при высоких температурах.
Команда, возглавляемая профессором Хиромичи Охтой из Научно-исследовательского института электронных наук Университета Хоккайдо, синтезировала термоэлектрический преобразователь оксида бария-кобальта, который воспроизводимо стабилен и эффективен при температурах до 600 ° C. Их выводы были опубликованы в журнале Применяемые материалы и интерфейсы ACS.
Термоэлектрическое преобразование осуществляется за счет эффекта Зеебека: при разнице температур в проводящем материале генерируется электрический ток. Однако эффективность термоэлектрического преобразования зависит от показателя, называемого термоэлектрическим показателем полезного действия ZT. Исторически конвертеры на основе оксида имели низкую ZT, но недавние исследования выявили много кандидатов , обладающих высокой ZT, но их стабильность при высоких температурах не была хорошо задокументирована.
Группа Хиромичи Охты работает над слоистыми пленками из оксида кобальта уже более двух десятилетий. В этом исследовании команда стремилась изучить термическую и химическую стабильность этих пленок, а также измерить их ZT значения при высоких температурах. Они протестировали пленки оксида кобальта, наслоенные натрием, кальцием, стронцием или барием, проанализировав их структуру, удельное сопротивление и теплопроводность.
Они обнаружили, что из четырех вариантов слоистая пленка оксида бария-кобальта сохраняла свою стабильность с точки зрения структурной целостности и удельного электрического сопротивления при температурах до 600 °C. Для сравнения, пленки оксида кобальта натрия и кальция были стабильны только до 350 °C, а пленка оксида кобальта стронция была стабильной до 450 °C. То ZT пленки оксида бария-кобальта увеличивалась с повышением температуры, достигая ~0,55 при 600 °C, что сопоставимо с некоторыми коммерчески доступными термоэлектрическими преобразователями.
"Наше исследование показало, что пленки оксида бария-кобальта были бы отличными кандидатами для высокотемпературных термоэлектрических преобразовательных устройств", - сказал Хиромичи Охта. "Кроме того, они безвредны для окружающей среды, что дает потенциал для широкого внедрения".
Комментарии