Verbesserung der Leistung eines thermoelektrischen Materials durch teilweises Ersetzen selektiver Atome durch Kationen

Ein Forscherteam, das mit mehreren Institutionen in Indien und einer in China verbunden ist, hat einen Weg gefunden, die Leistung eines bestimmten thermoelektrischen Materials zu verbessern, indem selektive Atome teilweise durch bestimmte Kationen ersetzt werden. In ihrem Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht WissenschaftDie Gruppe beschreibt ihren Prozess und die Leistung ihrer Hardware beim Testen. Yu Liu und Maria Ibáñez vom Institut für Wissenschaft und Technologie Österreich haben in derselben Zeitschrift einen Perspectives-Artikel veröffentlicht, in dem frühere Arbeiten zum Versuch, die Leistung thermoelektrischer Materialien zu verbessern, und die Arbeit des Teams bei dieser neuen Anstrengung beschrieben wurden.

Thermoelektrische Materialien werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, vor allem beim Kühlen und Heizen in Kühl- und Stromerzeugungssystemen. Die meisten aktuellen Arbeiten umfassen die Erforschung von Materialien, mit denen während der Herstellungsprozesse Strom aus Abwärme erzeugt werden kann. Dies sind, wie der Name schon sagt, Materialien mit Eigenschaften, die es ermöglichen, Strom unter dem Einfluss von Wärme zu erzeugen. Die Forscher identifizierten drei Hauptmerkmale bei der Suche nach einem guten Kandidatenmaterial: gute elektrische Leitfähigkeit, niedrige Wärmeleitfähigkeit und ein hoher Seebeck-Koeffizient.

Die Herausforderung für Chemiker, die ein anderes Material finden, herstellen oder modifizieren möchten, um seine thermoelektrische Leistung zu verbessern, besteht darin, dass diese drei Hauptmerkmale miteinander in Konflikt stehen können – eine Verbesserung kann sich negativ auf das andere auswirken. Bei dieser neuen Anstrengung haben Forscher einen Weg gefunden, um diese Bedenken für ein bestimmtes Material zu umgehen: Silber-Antimon-Tellurid (AgSbTe)₂). Ihr Ansatz bestand darin, die Antimonatome teilweise durch das Cadmiumkation zu ersetzen. Dies führte zur Bildung eines Paares unterschiedlich geordneter Phasen in den nanoskaligen Domänen, was zu Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften und einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit führte. Das Nettoergebnis war eine verbesserte Leistung, ohne dass andere Probleme entstanden, die die Verwendung des Materials in einer kommerziellen Anwendung verhindern könnten.

Tests des dotierten Materials zeigten, dass es in der Lage war, einen Gerätewirkungsgrad von 1,5 bei Raumtemperatur, 2,6 bei 573 K und einen Gesamtdurchschnitt von 1,8 zu liefern, was laut Liu und Ibáñez zu den höchsten Effizienzverbesserungen für diese Materialien gehört Datum.

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