Afvalwarmte is een veelbelovende bron van hernieuwbare energie; echter, de efficiëntie van het gebruik van warmte om energie op te wekken is in het verleden veel lager geweest dan die van waterkracht, wind- of zonne-energie. Hoewel er een aantal materialen zijn die kunnen worden gebruikt voor het opwekken van energie uit afvalwarmte, ze hebben allemaal last van verschillende problemen, variërend van lage stabiliteit tot lage efficiëntie. Hoe dan ook, het feit dat een groot aantal industrieën grote hoeveelheden afvalwarmte genereert, heeft geleid tot onderzoek op dit gebied.

Een team van wetenschappers onder leiding van professor Hiromichi Ohta van het Research Institute for Electronic Science (RIES), Universiteit van Hokkaido, heeft onlangs een gelaagd kobaltoxide ontwikkeld met een record-setting thermo-elektrisch cijfer van verdienste voor metaaloxiden bij kamertemperatuur. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Journal of Materials Chemistry A .

Thermo-elektrische conversie wordt aangedreven door het Seebeck-effect:wanneer er een temperatuurverschil is over een geleidend materiaal, een elektrische stroom wordt opgewekt. historisch, de efficiëntie van de omzetting van warmte naar elektriciteit van metaaloxiden was erg laag; echter, op metaaloxide gebaseerde thermo-elektrische apparaten zijn zeer gewenst vanwege hun milieucompatibiliteit. De thermo-elektrische conversie-efficiëntie van een apparaat hangt af van een sleutelfactor die de thermo-elektrische verdienste (ZT) wordt genoemd.

De groep van Hiromichi Ohta heeft een gelaagd kobaltoxide ontwikkeld dat een hoge ZT vertoont en stabiel is bij een reeks bedrijfstemperaturen. Bekende natrium-kobaltoxide, waar natrium- en kobaltoxidelagen elkaar afwisselen, vertoont een zeer lage ZT van ongeveer 0,03, maar het door Ohta's groep ontwikkelde materiaal behaalde een ZT van 0,11. De groep verving het natrium door andere alkali- of aardalkalimetalen:calcium, strontium, en barium.

Het gelaagde barium-kobaltoxide materiaal vertoonde een record-zettende ZT van 0,11 bij kamertemperatuur. De toename van ZT wordt direct veroorzaakt door de verminderde thermische geleidbaarheid van barium. Zoals de wetenschappers veronderstelden, hoe groter de atoommassa, hoe lager de thermische geleidbaarheid, wat resulteert in een hogere ZT. Dit komt doordat zwaardere atomen de trillingen in de kobaltoxidelagen die door verhitting ontstaan, onderdrukken. Verder onderzoek is nodig om de samenstelling van het materiaal te optimaliseren voor een hogere werkzaamheid en stabiliteit, evenals het bepalen van de meest bruikbare praktische toepassingen.

Hiromichi Ohta is hoofd van het Laboratory of Functional Thin Film Materials aan de RIES, Hokkaido-universiteit. Zijn onderzoeksgebieden omvatten thermo-elektriciteit, Thermopower-modulatie, Opto-elektronica en Iontronics.