Spillvärme är en mycket lovande källa till förnybar energi; dock, effektiviteten av att använda värme för att generera energi har historiskt sett varit mycket lägre än vattenkraft, vind- eller solkraft. Även om det finns ett antal material som kan användas för att generera energi från spillvärme, de lider alla av olika problem, från låg stabilitet till låg effektivitet. Ändå, Det faktum att ett stort antal industrier genererar stora mängder spillvärme har drivit forskningen inom detta område.

Ett team av forskare ledda av professor Hiromichi Ohta vid Research Institute for Electronic Science (RIES), Hokkaido universitet, har nyligen utvecklat en skiktad koboltoxid med en rekordstor termoelektrisk siffra för metalloxider vid rumstemperatur. Deras resultat publicerades i tidskriften Journal of Materials Chemistry A .

Termoelektrisk omvandling drivs av Seebeck-effekten:när det finns en temperaturskillnad över ett ledande material, en elektrisk ström genereras. Historiskt sett, effektiviteten för värme-till-elektricitetsomvandling av metalloxider var mycket låg; dock, metalloxidbaserade termoelektriska anordningar är mycket önskvärda på grund av deras miljökompatibilitet. Den termoelektriska omvandlingseffektiviteten för en enhet beror på en nyckelfaktor som kallas den termoelektriska förtjänstsiffran (ZT).

Hiromichi Ohtas grupp har utvecklat en skiktad koboltoxid som uppvisar en hög ZT och är stabil över en rad driftstemperaturer. Välkända natrium-koboltoxid, där natrium- och koboltoxidskikt alternerar, visar en mycket låg ZT på cirka 0,03, men materialet som utvecklats av Ohtas grupp uppnådde en ZT på 0,11. Gruppen ersatte natriumet med andra alkali- eller jordalkalimetaller:kalcium, strontium, och barium.

Det skiktade barium-koboltoxidmaterialet uppvisade en rekordinställning ZT på 0,11 vid rumstemperatur. Ökningen av ZT är direkt orsakad av den minskade värmeledningsförmågan hos barium. Som forskarna antog, ju större atommassa, ju lägre värmeledningsförmåga, vilket resulterar i högre ZT. Detta beror på att tyngre atomer dämpar vibrationerna i koboltoxidskikten som orsakas av uppvärmning. Ytterligare forskning krävs för att optimera materialets sammansättning för högre effektivitet och stabilitet, samt bestämma de mest användbara praktiska tillämpningarna.

Hiromichi Ohta är chef för Laboratory of Functional Thin Film Materials vid RIES, Hokkaido universitet. Hans forskningsområden inkluderar termoelektrik, Termoeffektmodulering, Optoelektronik och jontronik.