Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N"— Transkript prezentace:

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

2 Termoelektrické materiály
Látky schopné přeměňovat tepelnou energii přímo na energii elektrickou Nízkoteplotní termoelektrika (Bi,Sb)2(Te,Se)3 PbTe Si-Ge, CoSb3 Vysokoteplotní termoelektrika Ca3Co4-xO9+δ Bi2+xSr2-xCo1,82Oz La1-xCaxMnO3 CrN Vysoká chemická stabilita Nízká toxicita La-Ca-Mn-O, CrN

3 Aplikace termoelektrik
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

4 Termoelektrická baterie
Seebeckův jev Existuje-li teplotní gradient mezi dvěma konci vodiče indukuje se elektrické napětí Zavedena veličina termosíla α (Seebeckův koeficient) Typ p: s kladnou termosílou - Ca3Co4-xO9+δ Typ n: se zápornou termosílou - La1-xCaxMnO3, CrN Termoelektrická baterie

5 Koeficient termoelektrické účinnosti
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 Struktura CrN Strukturní typ halit (NaCl) Kubická buňka
Dusík v oktaedrických dutinách chromu

7 P. Šimek Termoelektrické materiály typu N
Struktura LaxCa1-xMnO3 Struktura CaTiO3 (perovskit) Heterovalentní substituce La3+ za Ca2+ Mn ve směsné valenci Mn3+ a Mn4+ [La3+xCa2+1-x][Mn3+xMn4+1-x]O3

8 P. Šimek Termoelektrické materiály typu N
Příprava článků Reakce v pevné fázi CrN CrCl3 Var, reflux (36 hod) Amonolýza (600°C, 24 h) Sírou znečištěný CrN Žíhání (NH3, N2 700°C, 24 h) SOCl2 Sintrování (800°C, 24h, N2:NH3 1:1) Lisování (500 MPa, 1 min) Opakované žíhání (2x) La0,05Ca0,95MnO3 CaCO3 Homogenizace (20 min) Kalcinace (800°C, 24 h) Homogenizace (20 min) Kalcinace (900°C, 24 h) La2O3 MnCO3 Sintrování (1170°C, 100h, pO2=0,21) Lisování (300 MPa, 1 min) Mletí (40 min, 400 rpm)

9 P. Šimek Termoelektrické materiály typu N
XRD Difraktometr PANalytical X´Pert PRO Stanovení fázového složení Vyhodnocení pomocí programu X´Pert High Score a Kdiff Vzorky jednofázové CrN La0,05Ca0,95MnO3

10 Stanovení hustoty vzorků
d Hotové vzorky ve tvaru tablet Výpočet: Porovnání s maximální teoretickou hustotou = (hustota monokrystalu) Hustota LaxCa1-xMnO3 ~ 80 %, CrN ~ 60 % teoretické maximální hustoty v

11 P. Šimek Termoelektrické materiály typu N
Tepelná stabilita DTA a TG analýza Aparatura Setaram Setsys Evolution 100 °C – 1000 °C na vzduchu La0,05Ca0,95MnO3 stabilní v celém rozsahu CrN rozklad od ~ 450 °C Nutnost zabránit styku s atmosférou 1 = BN 2 = vodní sklo CrN vrstva BN + vodní sklo až do 900 °C

12 SEM CrN La0,05Ca0,95MnO3 HITACHI S-4700 a TESCAN Vega 3 LMU
Vysoká porozita Delší doba mletí CrN La0,05Ca0,95MnO3

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 (La0,05Ca0,95MnO3) ZT (CrN) 0,010 0,020 100 0,011 0,035 200 0,013 0,055 300 0,015 0,060 400 0,019

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 Termoelektrický modul
Největší možné zaplnění prostoru

16

17 Závěr Podařilo se zkonstruovat funkční vzorek termoelektrické baterie z materiálů na bázi CrN a LaxCa1-xMnO3 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

18 Literatura 1) D. Wang, L.Chen, Q. Yao, J. Li, High temperature termoelectric properties of Ca3Co4O9 system with Eu substitution, Solid State Communications 129 (2004) 2) D. Wang, L. Chen, Q. Wang, J. Li Fabrication and thertmoelectric properties of Ca3-xDyxCo4O9+δ system, Journal of Alloys and Compounds 376 (2004) 3) Y. Song, Q. Sun, L. Zhao, F. Wang, Z. Juany, Synthesis and thermoelectric power factor of (Ca0,95Bi0,05)3Co4O9/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 Ca3Co4O9+δ, Current Applied Physics 9, (2009) 5) J. Pei, G. Chen, D.Q.Lu, P.S. Liu, N. Zhou, Sythesis and high temperature termoelectric properties of Ca3-x-xNdxNayCo4O9+δ, Solid State Comunacations 146 (2008) 6) Z.P.Zhang, Q.M. Lu, J.X.Zhang, Synthesis and high temperature thermoelectric properties of BaxAgyCa3-x-yCo4O9 compounds, Journall of Alloys and Compounds 484 (2009) 7) N.V.Nong, Chia.-Jyi Liu, M. Ohtaki, Improvement on the high temperature thermoelectric performance of Ga-doped misfit-layered Ca3Co4-xGaxO9+δ (x=0, 0.05, 0.1, 0.2), Jornal of Alloys and Compounds 491 (2010) 8) H.Q.Liu, Y.Song, S.N.Zhang, X.B.Zhao, F.P.Wang, Thermoelelectric properties of Ca3-xYxCo4O9+δ, Journal of Physics and Chemistry of Solids 70 (2009) 9) 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.

19 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "Vysokoteplotní termoelektrické materiály typu N"

Podobné prezentace


Reklamy Google