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Jul 31, 2023

Gli scienziati trovano un nuovo modo per ottimizzare le proprietà termoelettriche delle leghe di tellururo di bismuto

18 ottobre 2022 di Accademia cinese delle scienze Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Qin Xiaoying dell'Istituto di scienze fisiche Hefei dell'Accademia cinese delle scienze ha scoperto che l'energia termoelettrica

18 ottobre 2022

dall'Accademia Cinese delle Scienze

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Qin Xiaoying dell'Istituto di scienze fisiche Hefei dell'Accademia cinese delle scienze ha scoperto che le proprietà termoelettriche del Bi2Te2.7Se0.3(BTS) di tipo N potrebbero essere migliorate introducendo una piccola quantità di nanoparticelle Ag9AlSe6 all'interno Matrice BTS.

La conduttività termica del campione composito con 0,35% Ag9AlSe6 è stata significativamente ridotta, risultando in uno ZT massimo di 1,2 (423K) e uno ZT medio di 1,1 nell'intervallo di temperature 300-473K.

I dettagli sono stati pubblicati su Inorganic Chemistry Frontiers.

I dispositivi termoelettrici sono composti da materiali termoelettrici di tipo P e di tipo N. Allo stato attuale, sono stati compiuti grandi progressi nel miglioramento del materiale termoelettrico ZT a temperatura ambiente di tipo P. Tuttavia, lo sviluppo di materiali termoelettrici di tipo N ad alte prestazioni (grande ZT) vicino alla temperatura ambiente è più impegnativo, il che ostacola l’efficienza di conversione dei dispositivi termoelettrici e ne impedisce un ampio utilizzo.

Bi2Te3 è attualmente riconosciuta come una delle leghe più note in grado sia di generare elettricità che di raffreddarsi a temperatura ambiente. Tuttavia, il basso valore termoelettrico ZT e l’efficienza di conversione energetica del Bi2Te3 di tipo N ne limitano l’applicazione commerciale. Pertanto, il miglioramento delle proprietà termoelettriche del Bi2Te3 di tipo N è di grande importanza per promuovere la sua applicazione industriale.

Trovare la seconda fase ottimale è il primo e fondamentale compito per progettare e produrre un materiale per sistemi compositi con prestazioni eccellenti (comprese funzionalità e struttura). Molti studi hanno esplorato diverse fasi disperse del BTS per ottenere migliori prestazioni termoelettriche.

In questa ricerca, gli scienziati hanno studiato le proprietà termoelettriche dei campioni BTS-xvol % Ag9AlSe6 (x= 0, 0,15, 0,25, 0,35, 0,50 e 0,70) introducendo nanoparticelle di tipo N Ag9AlSe6 nel BTS. I risultati hanno mostrato che quando le nanoparticelle Ag9AlSe6 sono state aggiunte al BTS, la diffusione dei fononi e il confine di fase sono stati migliorati, il coefficiente di Seebeck è stato migliorato e la conduttività termica è stata ridotta.

Le prestazioni termoelettriche del campione composito BTS-0,35vol% Ag9AlSe6 sono state migliorate di circa il 40% rispetto al BTS originale e il valore ZTmax raggiunge 1,2 (423K). La ZTave media di BTS-0,50 vol% Ag9AlSe6 era 1,1 (300K-473K).

Questo lavoro ha dimostrato che l'aggiunta di nanoparticelle Ag9AlSe6 era un modo efficace per migliorare le proprietà termoelettriche del BTS, il che era di grande importanza per la regolazione delle proprietà termoelettriche delle leghe di tellururo di bismuto di tipo N.

Maggiori informazioni: Tao Chen et al, Miglioramento delle prestazioni termoelettriche di Bi2Te2.7Se0.3 di tipo n attraverso l'incorporazione di inclusioni Ag9AlSe6, Inorganic Chemistry Frontiers (2022). DOI: 10.1039/D2QI01232D

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze