20 mars 2025
Nytt material kan omvandla spillvärme till elektricitet
Ett nytt material, högentropisk oxid, kan omvandla spillvärme till elektricitet mer effektivt än traditionella alternativ. Med låg värmeledningsförmåga och hög elektrisk ledningsförmåga har det stor potential för energieffektiva industriella tillämpningar. I sin doktorsavhandling har Daria Pankratova undersökt hur materialet kan vidareutvecklas och optimeras för ännu bättre prestanda.
Termoelektriska tillämpningar bygger på halvledarmaterial som kan omvandla värme till elektricitet genom att utnyttja temperaturskillnader. När ena sidan av materialet värms upp medan den andra förblir kall, skapas en elektrisk spänning som driver en elektrisk ström. För bästa prestanda måste termoelektriska material ha låg värmeledningsförmåga och hög elektrisk ledningsförmåga för att minimera energiförluster och maximera elproduktionen.
– Högentropiska oxider kan sänka värmeledningsförmågan genom att öka spridningen av fonon-fonon- och fonon-elektroninteraktioner, säger Daria Pankratova, doktorand i experimentell fysik vid Luleå tekniska universitet.
Högentropiska oxider (HEO) är en ny klass av keramiska material med komplex kemisk sammansättning. Genom att kombinera flera metaller inom samma kristallstruktur får dessa material unika egenskaper som förbättrar deras stabilitet, elektriska ledningsförmåga och termiska beteende.
Genom att testa olika kemiska sammansättningar – inklusive kobolt, krom, järn, mangan, nickel och koppar – identifierade Pankratova de mest lovande materialen. Oxiderna syntetiserades med hjälp av Spark Plasma Sintering och Solid-State Reaction. Vissa sammansättningar resulterade i en enfasig kristallstruktur, vilket förbättrade den elektriska ledningsförmågan.
– Enfasiga material uppvisade högre elektrisk ledningsförmåga, troligen på grund av minskad elektron-fononspridning, förklarar Daria Pankratova.
Att ersätta nickel med koppar visade sig underlätta bildandet av en enfasig struktur. Dessutom gör dessa material det möjligt att framställa både p-typ och n-typ halvledare, vilket är avgörande för termoelektriska moduler.
– Det här kan leda till mer effektiva termoelektriska material för industriella och energieffektiva tillämpningar, säger Daria Pankratova.