Afvalwarmte is een veelbelovende bron van energiebesparing en hergebruik door deze warmte om te zetten in elektriciteit, een proces dat thermo-elektrische conversie wordt genoemd. In de handel verkrijgbare thermo-elektrische conversie-inrichtingen worden gesynthetiseerd met behulp van zeldzame metalen. Hoewel deze vrij efficiënt zijn, zijn ze duur en gebruiken ze in de meeste gevallen giftige materialen. Beide factoren hebben ertoe geleid dat deze converters van beperkt nut zijn. Een van de alternatieven zijn op oxide gebaseerde thermo-elektrische materialen, maar het belangrijkste nadeel waaraan deze lijden is een gebrek aan bewijs van hun stabiliteit bij hoge temperaturen.

Een team onder leiding van professor Hiromichi Ohta van het Research Institute for Electronic Science aan de Hokkaido University heeft een barium-kobaltoxide thermo-elektrische omzetter gesynthetiseerd die reproduceerbaar stabiel en efficiënt is bij temperaturen tot 600°C. De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Materials &Interfaces .

Thermo-elektrische conversie wordt aangedreven door het Seebeck-effect:wanneer er een temperatuurverschil is over een geleidend materiaal, wordt een elektrische stroom gegenereerd. De efficiëntie van thermo-elektrische conversie is echter afhankelijk van een cijfer dat het thermo-elektrische cijfer van verdienste ZT wordt genoemd. Historisch gezien hadden op oxide gebaseerde converters een lage ZT, maar recent onderzoek heeft veel kandidaten met een hoge ZT aan het licht gebracht, maar hun stabiliteit bij hoge temperaturen was niet goed gedocumenteerd.

De groep van Hiromichi Ohta werkt al meer dan twee decennia aan gelaagde kobaltoxidefilms. In deze studie probeerde het team de thermische en chemische stabiliteit van deze films te onderzoeken en hun ZT-waarden bij hoge temperaturen te meten. Ze testten kobaltoxidefilms gelaagd met natrium, calcium, strontium of barium en analyseerden hun structuur, soortelijke weerstand en thermische geleidbaarheid.

Ze ontdekten dat van de vier varianten de met bariumkobaltoxide gelaagde film zijn stabiliteit behield in termen van structurele integriteit en elektrische weerstand bij temperaturen tot 600 ° C. Ter vergelijking:de natrium- en calciumkobaltoxidefilms waren slechts stabiel tot 350°C en de strontiumkobaltoxidefilm was stabiel tot 450°C. De ZT van de bariumkobaltoxidefilm nam toe met de temperatuur en bereikte ~0,55 bij 600°C, vergelijkbaar met sommige in de handel verkrijgbare thermo-elektrische omvormers.

"Ons onderzoek heeft aangetoond dat films van bariumkobaltoxide uitstekende kandidaten zouden zijn voor thermo-elektrische conversieapparaten bij hoge temperaturen", zegt Hiromichi Ohta. "Bovendien zijn ze milieuvriendelijk en bieden ze potentieel voor brede toepassing." + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen gelaagd kobaltoxide met een record-setting thermo-elektrisch cijfer van verdienste