A sinistra:la struttura cristallina del film di ossido di bario-cobalto. Credito:Xi Zhang, Yuqiao Zhang, et al. Interfacce e materiali applicati ACS , 12 luglio 2022. A destra:il film di ossido di metallo stesso. Credito:Hiromichi Ohta
Il calore di scarto è una promettente fonte di conservazione e riutilizzo dell'energia, mediante la conversione di questo calore in elettricità, un processo chiamato conversione termoelettrica. I dispositivi di conversione termoelettrica disponibili in commercio sono sintetizzati utilizzando metalli rari. Sebbene siano abbastanza efficienti, sono costosi e, nella maggior parte dei casi, utilizzano materiali tossici. Entrambi questi fattori hanno portato questi convertitori ad essere di uso limitato. Una delle alternative sono i materiali termoelettrici a base di ossido, ma lo svantaggio principale di cui soffrono è la mancanza di prove della loro stabilità alle alte temperature.
Un team guidato dal professor Hiromichi Ohta presso l'Istituto di ricerca per le scienze elettroniche dell'Università di Hokkaido ha sintetizzato un convertitore termoelettrico di ossido di bario-cobalto che è riproducibile stabile ed efficiente a temperature fino a 600°C. I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista ACS Applied Materials &Interfaces .
La conversione termoelettrica è guidata dall'effetto Seebeck:quando c'è una differenza di temperatura attraverso un materiale conduttore, viene generata una corrente elettrica. Tuttavia, l'efficienza della conversione termoelettrica dipende da una cifra chiamata cifra di merito termoelettrica ZT. Storicamente, i convertitori a base di ossido avevano uno ZT basso, ma ricerche recenti hanno rivelato molti candidati che hanno uno ZT elevato, ma la loro stabilità alle alte temperature non era ben documentata.
Il gruppo di Hiromichi Ohta lavora su film di ossido di cobalto stratificati da oltre due decenni. In questo studio, il team ha cercato di esaminare la stabilità termica e chimica di questi film, nonché di misurarne i valori ZT, alle alte temperature. Hanno testato film di ossido di cobalto stratificati con sodio, calcio, stronzio o bario, analizzandone la struttura, la resistività e la conduttività termica.
(Sinistra) ZT di tutti e quattro i film di ossido di cobalto aumenta con l'aumentare della temperatura. Il film di ossido di bario cobalto (diamanti rossi) ha lo ZT più alto tra i quattro, raggiungendo un valore ZT elevato di ~ 0,55 a 600 ° C. (A destra) Lo ZT del film di ossido di bario-cobalto a 600 °C è paragonabile a quello dei convertitori termoelettrici disponibili in commercio (piombo-tellurio, PbTe e germanio di silicio, SiGe. Credito:Xi Zhang, Yuqiao Zhang, et al. Interfacce e materiali applicati ACS . 12 luglio 2022
Hanno scoperto che delle quattro varianti, il film stratificato di ossido di bario-cobalto ha mantenuto la sua stabilità in termini di integrità strutturale e resistività elettrica a temperature fino a 600°C. In confronto, i film di ossido di cobalto di sodio e calcio erano stabili solo fino a 350°C e il film di ossido di cobalto di stronzio era stabile fino a 450°C. Lo ZT del film di ossido di bario-cobalto aumentava con la temperatura, raggiungendo ~0,55 a 600°C, paragonabile ad alcuni convertitori termoelettrici disponibili in commercio.
"Il nostro studio ha dimostrato che i film di ossido di cobalto di bario sarebbero ottimi candidati per dispositivi di conversione termoelettrica ad alta temperatura", ha affermato Hiromichi Ohta. "Inoltre, sono rispettosi dell'ambiente, offrendo un potenziale per un'ampia distribuzione". + Esplora ulteriormente
