Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Изучается настройка термоэлектрических материалов для эффективного производства электроэнергии

Во времена, когда энергии не хватает и изучаются устойчивые способы производства энергии, термоэлектрические материалы рассматриваются для производства электроэнергии для преобразования отработанного тепла в электричество. Однако, чтобы сделать это преобразование более эффективным и, следовательно, применимым в промышленных масштабах, необходимо лучшее понимание функциональных и структурных свойств материалов.

Исследовательская группа во главе с Институтом Макса Планка для Eisenforschung (MPIE) теперь смогла настроить микроструктуру многообещающего нового термоэлектрического материала для эффективного преобразования энергии. Команда опубликовала свои результаты в журнале Advanced Energy Materials .

Настройка термоэлектрических свойств с помощью проектирования границ зерен

Предыдущие исследования показали, что структура и состав границ зерен имеют решающее значение для тепло- и электропроводности термоэлектрических материалов . Обычно границы зерен снижают как тепло-, так и электропроводность материала, при этом желательно иметь низкую теплопроводность, но высокую электропроводность .

Цель исследователей из MPIE, Северо-Западного университета (США) и Института исследования твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене (Германия) состояла в том, чтобы модифицировать границы зерен таким образом, чтобы снижалась только теплопроводность, а их электропроводность оставалась высокой. Они использовали полугейслеровский интерметаллид NbFeSb, легированный Ti, — недавно разработанный, но многообещающий термоэлектрический сплав.

Он имеет отличные термоэлектрические свойства при средних и высоких температурах, хорошую термическую и механическую прочность, а его элементы содержат большое количество земли и являются безопасными.

«Мы использовали передовые методы характеризации, такие как сканирующая просвечивающая электронная микроскопия и атомно-зондовая томография, чтобы раскрыть микроструктуру сплавов вплоть до атомного масштаба. Наш анализ показал, что химию и атомное расположение границ зерен можно настроить для разработки электронных и тепловых характеристик. транспортные свойства», — говорит Рубен Буэно Виллоро, докторант независимой исследовательской группы «Наноаналитика и интерфейсы» в MPIE и первый автор публикации.

Поскольку размер зерна мал, увеличенное количество границ зерен значительно снижает электропроводность. «Благодаря легированию сплава титаном мы обнаружили, что границы зерен становятся богатыми титаном и теряют сопротивление, поэтому мы можем в полной мере использовать выгодную низкую теплопроводность , обеспечиваемую малым размером зерна», — объясняет д-р Сиюань Чжан, руководитель проекта в та же исследовательская группа и соответствующий автор публикации.

После демонстрации стратегии проектирования границ зерен исследователи изучают новые способы выборочного легирования границ зерен. Связывая функциональные свойства с атомарными структурами критических особенностей микроструктуры, таких как границы зерен, группа исследователей разрабатывает новые принципы проектирования материалов, имеющих решающее значение для устойчивого будущего.

Изучается настройка термоэлектрических материалов для эффективного производства электроэнергии

Теги: батарея, энергия

В тренде