Spillvärme är en lovande källa för energibesparing och återanvändning, genom att omvandla denna värme till elektricitet - en process som kallas termoelektrisk omvandling. Kommersiellt tillgängliga termoelektriska omvandlingsanordningar syntetiseras med användning av sällsynta metaller. Även om dessa är ganska effektiva, är de dyra och använder i de flesta fall giftiga material. Båda dessa faktorer har lett till att dessa omvandlare har begränsad användning. Ett av alternativen är oxidbaserade termoelektriska material, men den primära nackdelen dessa lider av är bristen på bevis på deras stabilitet vid höga temperaturer.

Ett team ledd av professor Hiromichi Ohta vid forskningsinstitutet för elektronisk vetenskap vid Hokkaido University har syntetiserat en termoelektrisk omvandlare av bariumkoboltoxid som är reproducerbart stabil och effektiv vid temperaturer så höga som 600°C. Teamets resultat har publicerats i tidskriften ACS Applied Materials &Interfaces .

Termoelektrisk omvandling drivs av Seebeck-effekten:När det finns en temperaturskillnad över ett ledande material genereras en elektrisk ström. Effektiviteten för termoelektrisk omvandling är dock beroende av en siffra som kallas den termoelektriska meritvärdet ZT. Historiskt sett hade oxidbaserade omvandlare en låg ZT, men nyare forskning har avslöjat många kandidater som har hög ZT, men deras stabilitet vid höga temperaturer var inte väldokumenterad.

Hiromichi Ohtas grupp har arbetat med skiktade koboltoxidfilmer i över två decennier. I denna studie försökte teamet undersöka den termiska och kemiska stabiliteten hos dessa filmer, samt mäta deras ZT-värden, vid höga temperaturer. De testade koboltoxidfilmer skiktade med natrium, kalcium, strontium eller barium och analyserade deras struktur, resistivitet och värmeledningsförmåga.

De fann att av de fyra varianterna behöll den bariumkoboltoxidskiktade filmen sin stabilitet i form av strukturell integritet och elektrisk resistivitet vid temperaturer så höga som 600°C. Som jämförelse var natrium- och kalciumkoboltoxidfilmerna endast stabila till 350°C, och strontiumkoboltoxidfilmen var stabil upp till 450°C. ZT för bariumkoboltoxidfilmen ökade med temperaturen och nådde ~0,55 vid 600°C, jämförbart med vissa kommersiellt tillgängliga termoelektriska omvandlare.

"Vår studie har visat att bariumkoboltoxidfilmer skulle vara utmärkta kandidater för termoelektriska omvandlingsanordningar för hög temperatur", säger Hiromichi Ohta. "Dessutom är de miljövänliga, vilket ger potential för bred distribution." + Utforska vidare

Forskare utvecklar skiktad koboltoxid med ett rekordstort termoelektriskt värde