Pengembangan bahan termoelektrik baru dengan efisiensi konversi rekor tinggi
Engineering

Pengembangan bahan termoelektrik baru dengan efisiensi konversi rekor tinggi


Angka. Modul yang baru dikembangkan terdiri dari bahan berbasis Mg3Sb2 (kiri). Efisiensi konversi termoelektriknya ditunjukkan oleh lingkaran merah (kanan). Kredit: Institut Nasional untuk Ilmu Material

NIMS telah berhasil meningkatkan kinerja termoelektrik dari Mg . tipe-n3Sb2-bahan berbasis dengan doping teliti dengan tembaga. NIMS dan AIST kemudian membangun modul dengan menggabungkan bahan ini dengan bahan tipe-p berkinerja tinggi, mencapai efisiensi konversi 7,3% antara suhu kamar dan 320 °C. Performa ini sebanding dengan Bi . terbaik2Untuk3modul berbasis, juara selama lebih dari setengah abad. Selain itu, kinerja material yang tinggi itu sendiri menunjukkan kemungkinan efisiensi setinggi 11%.

Sebagian besar energi yang digunakan oleh manusia dihamburkan sebagai limbah panas. Sekitar 90% dari ini berada dalam kisaran suhu rendah di bawah 320 ° C. Upaya global intensif sedang dilakukan untuk mengembangkan bahan termoelektrik yang mampu mengubah panas limbah suhu rendah menjadi listrik. Mencapai konversi termoelektrik yang sangat efisien membutuhkan bahan yang secara bersamaan memiliki konduktivitas termal yang rendah dan konduktivitas listrik yang tinggi. Namun, mengembangkan bahan semacam itu sangat menantang karena kedua jenis konduktivitas ini saling terkait. Untuk itu, Bi2Untuk3bahan berbasis telah memerintah sebagai yang paling efisien dalam mengubah panas suhu rendah menjadi listrik selama lebih dari setengah abad. Karena Bi2Untuk3bahan berbasis telurium mengandung langka sebagai komponen utama mereka, penggunaan praktis mereka dalam konversi termoelektrik telah sangat terbatas. Oleh karena itu sangat diinginkan untuk mengembangkan bahan termoelektrik kinerja tinggi yang mengandung telurium yang jauh lebih sedikit.

Kelompok penelitian ini menemukan bahwa kinerja termoelektrik dari Mg3Sb2bahan berbasis dapat ditingkatkan dengan doping dengan sejumlah kecil atom tembaga. Peningkatan kinerja ditemukan terjadi melalui dua mekanisme terpisah. Pertama, sejumlah kecil atom tembaga yang diindikasikan untuk memasuki situs interstisial secara radikal menyebarkan fonon—pembawa energi termal—secara substansial mengurangi konduktivitas termal. Akibatnya, pembuangan panas sangat berkurang, meningkatkan efisiensi konversi termoelektrik. Kedua, atom tembaga yang memasuki batas butir secara efektif mengurangi hamburan elektron. Akibatnya, mobilitas listrik bahan polikristalin—biasanya bukan konduktor listrik yang baik—meningkat ke tingkat yang setara dengan mobilitas listrik bahan kristal tunggal. Peningkatan konduktivitas listrik mengurangi kehilangan energi yang disebabkan oleh pemanasan Joule. Kedua mekanisme ini secara bersamaan mengurangi konduktivitas termal dan meningkatkan konduktivitas listrik Mg3Sb2bahan berbasis, sehingga meningkatkan efisiensi konversi termoelektriknya.

Hasil kami dapat mempromosikan penggunaan modul termoelektrik yang praktis dan luas yang hanya mengandung sejumlah kecil elemen langka untuk memulihkan panas limbah, yang mengarah pada konservasi energi yang signifikan. Selain itu, modul tersebut dapat digunakan untuk mengembangkan sumber daya yang berdiri sendiri untuk berbagai jenis sensor, yang akan dibutuhkan dalam jumlah yang sangat besar untuk mewujudkan visi Masyarakat 5.0 Jepang. Akhirnya, cara baru untuk mengubah perilaku hamburan fonon dan mengendalikan batas butir ditemukan dalam proyek ini yang mungkin dapat diterapkan untuk meningkatkan kinerja berbagai bahan termoelektrik lainnya.

Penelitian ini dipublikasikan dalam versi online Joule.


Meningkatkan kinerja bahan termoelektrik dengan mengganti sebagian atom selektif dengan kation


Informasi lebih lanjut:
Zihang Liu et al, Demonstrasi efisiensi termoelektrik ultratinggi 7,3% dalam Mg3Sb2/MgAgSb modul untuk pemanenan energi suhu rendah, Joule (2021). DOI: 10.1016 / j.joule.2021.03.017

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh Institut Nasional untuk Ilmu Material

Kutipan: Pengembangan bahan termoelektrik baru dengan efisiensi konversi rekor tertinggi (2021, 7 Juni) diambil 7 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-thermoelectric-material-record-high-conversion-efficiency. html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG