Thermo-elektrische (TE) conversie biedt koolstofvrije energieopwekking uit geothermische, verspilling, lichaams- of zonnewarmte, en belooft de volgende generatie energieconversietechnologie te worden. De kern van een dergelijke TE-conversie, er ligt een volledig thermo-elektrisch apparaat in vaste toestand dat energieconversie mogelijk maakt zonder de emissie van geluid, trillingen, of verontreinigende stoffen. hieraan, een POSTECH-onderzoeksteam stelde een manier voor om het thermo-elektrische apparaat van de volgende generatie te ontwerpen dat een opmerkelijk eenvoudig productieproces en structuur vertoont in vergelijking met de conventionele, terwijl een verbeterde energieconversie-efficiëntie wordt weergegeven met behulp van het spin Seebeck-effect (SSE).

Een gezamenlijk onderzoeksteam van POSTECH, geleid door professor Hyungyu Jin en Ph.D. kandidaat Min Young Kim van de afdeling Werktuigbouwkunde met professor Si-Young Choi van de afdeling Materials Science and Engineering - is erin geslaagd een zeer efficiënt thermo-elektrisch apparaat te ontwerpen door de eigenschappen van zowel het interieur als het oppervlak van het magnetische materiaal dat het SSE-thermo-elektrisch apparaat op. Dit is een baanbrekende studie om de mogelijkheid aan te tonen om een ​​thermo-elektrisch apparaat van de volgende generatie te fabriceren door gebruik te maken van de SSE, die in fundamenteel onderzoek is gebleven. Deze onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in de online editie van Energie- en milieuwetenschappen , een internationaal wetenschappelijk tijdschrift op het gebied van energie.

Conventionele TE-apparaten vertrouwen op het lading Seebeck-effect, een thermo-elektrisch effect waarbij een laadstroom wordt gegenereerd in de richting evenwijdig aan een aangebrachte temperatuurgradiënt in een vast materiaal. Deze longitudinale geometrie compliceert de structuur van het apparaat en beperkt de fabricage van dergelijke TE-apparaten.

Het onderzoeksteam fabriceerde een nikkel-ferriet (NFO) -platina (Pt) dubbellaags SSE-apparaat door buiten de gebaande paden te denken - ze realiseerden zich dat de structuur van het apparaat veel eenvoudiger kan worden gemaakt door gebruik te maken van het transversale TE-effect waarbij een laadstroom wordt gegenereerd in de richting loodrecht op de toegepaste temperatuurgradiënt. Wanneer een temperatuurgradiënt wordt toegepast in de hoogterichting van het apparaat, de spinstroom gegenereerd in het NFO magnetische materiaal wordt overgebracht naar de interface tussen NFO en Pt, geïnjecteerd in de Pt, vervolgens omgezet in een elektrische stroom in de Pt. De op dat moment opgewekte stroom vloeit in een richting loodrecht op de toegepaste temperatuurgradiënt. Door deze SSE te gebruiken, het is mogelijk om een ​​apparaatstructuur te construeren die eenvoudiger en gemakkelijker op te schalen is in vergelijking met conventionele thermo-elektrische apparaten.

Om het SSE-apparaat te gebruiken, het vereist een drastische verbetering in structuur en efficiëntie. hieraan, het onderzoeksteam bedacht een eenvoudige warmtebehandelingsmethode om de efficiëntie van het NFO-Pt thermo-elektrische apparaat te verbeteren. Het werd ontdekt door een observatie met behulp van een scanning transmissie-elektronenmicroscopie, dat een unieke microstructuur kan worden gevormd in het NFO-materiaal door het gedurende een bepaalde tijd op een hoge temperatuur van 1200 ° C of hoger te verwarmen, vervolgens gedurende een bepaalde tijd op een hogere temperatuur verwarmen en vervolgens afkoelen. In aanvulling, het team bevestigde ook dat dezelfde warmtebehandelingstechniek ook de kwaliteit van de interface tussen NFO en Pt aanzienlijk kan verbeteren. Eindelijk, er werd aangetoond dat deze twee effecten de thermo-elektrische efficiëntie van het apparaat aanzienlijk kunnen verbeteren.

"In dit onderzoek, we hebben de principes uitgelegd en gepresenteerd achter het fabriceren van het TE-apparaat van de volgende generatie met een veel eenvoudigere structuur dan conventionele apparaten met behulp van de SSE en een methode die de efficiëntie ervan drastisch kan verbeteren door een eenvoudige warmtebehandelingstechniek, " merkte professor Hyungyu Jin op die de studie leidde. Hij voegde eraan toe:"Als dit in de toekomst leidt tot de ontwikkeling van zeer efficiënte TE-apparaten, het is veelbelovend om uiteindelijk bij te dragen aan het verminderen van zowel energie- als klimaatuitdagingen."