Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

P. Šimek, O. Jankovský, Z. Sofer, D. Sedmidubský, VŠCHT Praha, Ústav anorganické chemie Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "P. Šimek, O. Jankovský, Z. Sofer, D. Sedmidubský, VŠCHT Praha, Ústav anorganické chemie Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N."— Transkript prezentace:

1 P. Šimek, O. Jankovský, Z. Sofer, D. Sedmidubský, VŠCHT Praha, Ústav anorganické chemie Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N

2  Látky schopné přeměňovat tepelnou energii přímo na energii elektrickou  Nízkoteplotní termoelektrika  (Bi,Sb) 2 (Te,Se) 3  PbTe  Si-Ge, CoSb 3  Vysokoteplotní termoelektrika  Ca 3 Co 4-x O 9+δ  Bi 2+x Sr 2-x Co 1,82 O z  La 1-x Ca x MnO 3  CrN Termoelektrické materiály 2 Vysoká chemická stabilita Nízká toxicita La-Ca-Mn-O, CrN

3  Možnost redukovat množství odpadního tepla  Výfuky u automobilů  Velký teplotní gradient  vysoká účinnost  Jako zdroje elektrické energie na odlehlých místech  Výroba tepla rozpadem radioaktivních izotopů  Vize: užití v kosmonautice u sond směřujících za hranici sluneční soustavy  Generace elektrické energie z tepla produkovaného jaderným reaktorem Aplikace termoelektrik 3

4 Seebeckův jev 4  Existuje-li teplotní gradient mezi dvěma konci vodiče indukuje se elektrické napětí ◦ Zavedena veličina termosíla α (Seebeckův koeficient) ◦ Typ p: s kladnou termosílou - Ca 3 Co 4-x O 9+δ ◦ Typ n: se zápornou termosílou - La 1-x Ca x MnO 3, CrN

5 Koeficient termoelektrické účinnosti 5  α termosíla (Seebeckův koeficient)  λ tepelná vodivost  ρ měrný elektrický odpor  Ovlivnění ZT - K dosažení vysokých hodnot ZT je třeba optimalizace mikrostruktury i chemického složení ◦ teplotní program přípravy ◦ velikostí částic ◦ lisovací tlak i teplota během lisování ◦ fázové složení ◦ substituce

6  Strukturní typ halit (NaCl)  Kubická buňka ◦ Dusík v oktaedrických dutinách chromu 6 Struktura CrN

7  Struktura CaTiO 3 (perovskit)  Heterovalentní substituce La 3+ za Ca 2+  Mn ve směsné valenci Mn 3+ a Mn 4+  [La 3+ x Ca 2+ 1-x ][Mn 3+ x Mn 4+ 1-x ]O 3 Struktura La x Ca 1-x MnO 3 7

8 Příprava článků Příprava článků 8 Opakované žíhání (2x) CrCl 3 SOCl 2 Var, reflux (36 hod) Amonolýza (600°C, 24 h) Sírou znečištěný CrN Žíhání (NH 3, N 2 700°C, 24 h) Lisování (500 MPa, 1 min) Sintrování (800°C, 24h, N 2 :NH 3 1:1) CrN La 0,05 Ca 0,95 MnO 3  Reakce v pevné fázi Mletí (40 min, 400 rpm) CaCO 3 La 2 O 3 Homogenizace (20 min) Kalcinace (800°C, 24 h) Homogenizace (20 min) Kalcinace (900°C, 24 h) Lisování (300 MPa, 1 min) Sintrování (1170°C, 100h, p O2 =0,21) MnCO 3

9  Difraktometr PANalytical X´Pert PRO  Stanovení fázového složení  Vyhodnocení pomocí programu X´Pert High Score a Kdiff  Vzorky jednofázové 9 XRD XRD La 0,05 Ca 0,95 MnO 3 CrN

10  Hotové vzorky ve tvaru tablet  Výpočet:  Porovnání s maximální teoretickou hustotou = (hustota monokrystalu)  Hustota La x Ca 1-x MnO 3 ~ 80 %, CrN ~ 60 % teoretické maximální hustoty 10 Stanovení hustoty vzorků Stanovení hustoty vzorků v d

11  DTA a TG analýza  Aparatura Setaram Setsys Evolution  100 °C – 1000 °C na vzduchu  La 0,05 Ca 0,95 MnO 3 ◦ stabilní v celém rozsahu  CrN ◦ rozklad od ~ 450 °C ◦ Nutnost zabránit styku s atmosférou Tepelná stabilita Tepelná stabilita vrstva BN + vodní sklo 1 = BN 2 = vodní sklo CrN až do 900 °C

12  HITACHI S-4700 a TESCAN Vega 3 LMU  Vysoká porozita ◦ Delší doba mletí 12 SEM SEM La 0,05 Ca 0,95 MnO 3 CrN

13 13 Transportní vlastnosti  Z naměřených vlastností α, λ a ρ byl vypočten koeficient termoelektrické účinnosti (ZT) obou materiálů ◦ λ – vypočtený z difuzivity (LFA)  Poměr ZT ~ 2:1  stejný poměr i průřezy tablet v baterii T [°C]ZT (La 0,05 Ca 0,95 MnO 3 ) ZT (CrN) 00,0100, ,0110, ,0130, ,0150, ,0190,060

14 14 Termoelektrická baterie  konstrukce z tablet a půl tablet namísto z trámečků ◦ pro přípravu dvou-článkové baterie stačí pouze jeden jediný řez kotoučovou pilou ◦ bezodpadová technologie

15 15 Termoelektrický modul  Největší možné zaplnění prostoru

16 16

17  Podařilo se zkonstruovat funkční vzorek termoelektrické baterie z materiálů na bázi CrN a La x Ca 1-x MnO 3  Tepelná stabilita CrN byla vylepšena ochranou vrstvou BN až do 900 °C  Účinnost baterií roste s rostoucím teplotním gradientem, přičemž tyto materiály mohou být teoreticky využity až do teplot okolo 950°C  Bylo navrženo uspořádání termoelektrické baterie využívající metody konstrukce z celých tablet a půl tablet namísto z trámečků Závěr 17

18 1) D. Wang, L.Chen, Q. Yao, J. Li, High temperature termoelectric properties of Ca 3 Co 4 O 9 system with Eu substitution, Solid State Communications 129 (2004) ) D. Wang, L. Chen, Q. Wang, J. Li Fabrication and thertmoelectric properties of Ca 3-x Dy x Co 4 O 9+δ system, Journal of Alloys and Compounds 376 (2004) ) Y. Song, Q. Sun, L. Zhao, F. Wang, Z. Juany, Synthesis and thermoelectric power factor of (Ca 0,95 Bi 0,05 ) 3 Co 4 O 9 /Ag composites, Material Chemistry and Physics (2008). 4) H.Q. Liu X.B. Zhao, T.J. Zhu, Y. Song and F.P. Wang, Thermoelectric properties of Gd, Y co-doped Ca 3 Co 4 O 9+δ, Current Applied Physics 9, (2009) ) J. Pei, G. Chen, D.Q.Lu, P.S. Liu, N. Zhou, Sythesis and high temperature termoelectric properties of Ca 3-x-x Nd x Na y Co 4 O 9+δ, Solid State Comunacations 146 (2008) ) Z.P.Zhang, Q.M. Lu, J.X.Zhang, Synthesis and high temperature thermoelectric properties of Ba x Ag y Ca 3-x-y Co 4 O 9 compounds, Journall of Alloys and Compounds 484 (2009) ) N.V.Nong, Chia.-Jyi Liu, M. Ohtaki, Improvement on the high temperature thermoelectric performance of Ga-doped misfit-layered Ca 3 Co 4-x Ga x O 9+δ (x=0, 0.05, 0.1, 0.2), Jornal of Alloys and Compounds 491 (2010) ) H.Q.Liu, Y.Song, S.N.Zhang, X.B.Zhao, F.P.Wang, Thermoelelectric properties of Ca 3-x Y x Co 4 O 9+δ, Journal of Physics and Chemistry of Solids 70 (2009) ) J. Hejtmánek, K. Knížek, M. Maryško, Z. Jirák, D. Sedmidubský, O. Jankovský, Š. Huber, P. Masschelein, B. Lenoir, Magnetic and Magnetotransport Properties of Misfit Cobaltate Ca3Co3.93O9+d, J. Appl. Phys. Literatura

19 Děkuji za pozornost 19


Stáhnout ppt "P. Šimek, O. Jankovský, Z. Sofer, D. Sedmidubský, VŠCHT Praha, Ústav anorganické chemie Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N."

Podobné prezentace


Reklamy Google