Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Qin Xiaoying von den Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die thermoelektrische Leistung eines Übergangsmetallselenids vom n-Typ, Bi2Te2.7Se0.3 (BTS), durch den Einbau von MnSb2Se4 (MSS) verbessert ) Nanoeinschlüsse. Die Ergebnisse wurden in zwei Artikeln im veröffentlicht Zeitschrift für Chemieingenieurwesen.
Die thermoelektrische Technologie hat als potenzielle Lösung für Energieprobleme große Aufmerksamkeit erhalten. Der niedrige thermoelektrische Wert ZT (Gütezahl) und die Energieumwandlungseffizienz von Wismuttellurid vom N-Typ schränken jedoch derzeit seine weit verbreitete kommerzielle Anwendung ein. Nanoengineering ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften von Materialien, die Auswahl einer geeigneten zweiten Phase kann jedoch eine Herausforderung sein.
In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass der Einbau von MnSb2Se4 in BTS zu bemerkenswerten Ergebnissen führen kann.
Eingearbeitete MSS-Nanoeinschlüsse haben nachweislich mehrere Vorteile. Es könnte gleichzeitig den Leistungsfaktor erhöhen, der sich aus der verbesserten thermischen Leistung aufgrund des Energiefiltereffekts ergibt, und die Wärmeleitfähigkeit des Gitters verringern, die aus der verstärkten Phononenstreuung durch die Versetzungen resultiert.
Die BTS/0,50 Gew.-% MSS-Verbundprobe zeigte eine maximale thermoelektrische ZT von 1,23 bei 345 K und eine durchschnittliche ZT von 1,15 im Temperaturbereich von 300–473 K.
Bemerkenswerterweise stellten diese Werte einen ungefähren Anstieg von 48 % bzw. 42 % gegenüber dem Matrix-BTS dar. Darüber hinaus wies die Verbundprobe verbesserte mechanische Eigenschaften auf, was durch eine 17-prozentige Steigerung der Vickers-Härte belegt wurde.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Einbau der MnSb2Se4-Sekundärphase ein wirksamer Weg zur Verbesserung der thermoelektrischen Leistung und der mechanischen Eigenschaften von BTS ist.
Die Forscher haben erhebliche Fortschritte bei der Optimierung der thermoelektrischen Eigenschaften thermoelektrischer Materialien bei Raumtemperatur erzielt. Im Jahr 2022 fanden sie heraus, dass der Einbau von Polyanilin-Nanopartikeln in die BTS-Matrix die Phononenstreuung verbessern und die Wärmeleitfähigkeit des Gitters bei 300 K um 49 % reduzieren könnte.
„Es führt zu einer Steigerung des Leistungsfaktors um 8 % und einem maximalen ZTmax von 1,22 bei 345 K für die 1,5 Gew.-%ige Verbundprobe“, sagte Chen Tao, ein Mitglied des Teams, „was ein Versuch einer organischen Verbindung ist, und auch für.“ die spätere Forschung zu anorganisch-organischen Verbindungssystemen, um eine gewisse Grundlage zu legen.
Mehr Informationen:
Shuhuan Yang et al., Verbesserte Phononenstreuung und thermoelektrische Leistung für Bi2Te2.7Se0.3 vom N-Typ durch Einbau leitfähiger Polyanilinpartikel, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2022). DOI: 10.1016/j.cej.2022.140923
Tao Chen et al., Verbesserung der thermoelektrischen Leistung von n-Typ Bi2Te2.7Se0.3 durch den Einbau von MnSb2Se4-Nanoeinschlüssen, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.143397