Recentemente, la Shanghai Istituto di Ceramica, Accademia cinese di Scienze Professore Associato Chou Pengfei, storia ricercatore Xun, Chen Lidong e professore alla Northwestern University, G. Jeffrey Snyder, professore presso l'Università di Giessen, Germania Jürgen Janek altre forme di cooperazione, un'analisi approfondita di tipo materiali termoelettrici in uno ione liquido può uscire migrazione e precipitazione sotto meccanismo d'azione campo, in combinazione con il criterio limite teorico e sperimentale proposto ioni termodinamicamente stabili "basati liquide possono precipitare dal materiale, e il corrispondente tecniche e metodi di caratterizzazione sperimentale proposto su questa base, l'introduzione di 'blocco di litio - conduzione elettronica' interfaccia può migliorare significativamente la stabilità dei materiali termoelettrici liquido come di servizio sotto un forte campo elettrico o una grande differenza di temperatura di questo studio è importante per applicazioni pratiche dei risultati della ricerca materiali termoelettrici liquido come pubblicati. "Natura - comunicazione" magazine (comunicazioni Natura, DOI: 10.1038 / s41467-018-05248-8), gruppo di ricerca indipendente predisporre l'attrezzatura e una parte dei risultati di misura sono stati pubblicati nella rivista (Vol.32, 2017 "Journal of materiali inorganici", 1337- 1344), e la domanda di brevetto cinese.
Seebeck (la Seebeck) tecnologia di conversione di energia termoelettrica da un materiale semiconduttore ed un Peltier (a Peltier) effetto termico ottenuto con energia elettrica direttamente l'uno nell'altro, ha importanti e ampie prospettive di applicazione nel campo della cogenerazione calore di scarico automobilistico e industriale simili. Tuttavia, ristretta nella struttura ordine a lungo raggio, c'è reticolo conducibilità termica del materiale termoelettrico convenzionale di composto cristallino un limite minimo (conducibilità termica minima reticolo), limita le proprietà termoelettriche di spazio continua ottimizzazione per questo collo di bottiglia, da 2012, e Chen Lidong squadra storia termoelettrica ha portato ioni veloci hanno proposto l'introduzione di caratteristiche 'a base liquida' del materiale solido di ridurre la conducibilità termica e l'ottimizzazione delle prestazioni termoelettrica ha sfondato la conducibilità termica reticolo di vetro solido o cristallino restrizioni sul materiale, e poi trovato con una grande classe 'fononi liquido - a cristalli Electronics' ... le nuove caratteristiche ad alte prestazioni (ZT~2.0@1000 K) sistema basato su materiale termoelettrico liquido (Nat Mater 2012, Adv Mater 2013 & 2014 & 2015 e 2017, Energ. Environ. Sci. 2014 e 2017, l'Asia NPJ Mater. 2015, ecc), è diventato un recente direzione di messa fuoco materiali termoelettrici arte. Tuttavia, il calore queste classi liquido Materiali (per esempio, Cu2-δSe, Ag9GaSe6, Zn4Sb3 simili) avente una caratteristica "liquidi-like" della migrazione a lungo raggio di cationi metallici facilmente precipitati ad un ulteriore campo elettrico o la temperatura, con conseguente scarsa stabilità in servizio, limitando la loro applicazione pratica. Così Studiando il processo di migrazione e il meccanismo fisico degli ioni in materiali termoelettrici simili a liquidi e migliorando la loro stabilità di servizio, è la chiave per l'applicazione di nuovi materiali termoelettrici liquidi ad alte prestazioni.
Squadra trovato, il campo esterno, un catione metallico (ad esempio, Cu, Ag, Zn) basato materiale termoelettrico liquido dal campione ad un'estremità all'altra estremità rivolta migrazione a lungo raggio e generando gradiente di concentrazione di ioni. Tuttavia, solo il metallo ad alte concentrazioni a cationico potenziale chimico pari o superiore alla corrispondente potenziale metallo chimica elementare il catione metallico sarà precipitato dal materiale in un metallo elementare, che porta alla decomposizione del materiale. Così, ogni tipo di materiale termoelettrico liquido v'è un limite termodinamicamente stabile solo quando il campo esterno azione è abbastanza forte, in modo che il materiale supera questo limite, ioni precipitano e materiale decomposizione si verificherà. altrimenti, tipo liquido materiale termoelettrico sarà simile a un composto cristallino termoelettrica convenzionale, la stabilità e mantenere buone proprietà termoelettriche del campo esterno. basato su elettrochimica formula derivazione, questo gruppo ha rilevato che questo particolare valori limite termodinamiche del materiale possono avere la massima tensione applicata (cioè tensione di soglia) possono sopportare decomposizione via. una tensione di soglia è indipendente dalla dimensione dei parametri caratteristici del materiale, solo composizione chimica e il materiale stesso e la temperatura ambiente.
Al fine di dimostrare l'esistenza del materiale termoelettrico termodinamicamente stabile liquido limite basato da esperimenti, la squadra istituito stabilità autonomamente basato strumento caratterizzazione quantitativa liquido termoelettrico materiale in servizio in un ambiente a temperatura costante e l'ambiente per una data differenza di temperatura, rispettivamente, utilizzando una resistenza relativa e Seebeck coefficiente di variazione come parametro di valutazione, una serie di misurazioni successive Cu2-δ (S, Se) la tensione di soglia del materiale termoelettrico a base liquida, che valori compresi 0.02-0.12V. a temperatura ambiente, con l'eliminazione o la maggiore quantità di δ Cu al crescere della temperatura ambiente, Cu2-δ (S, Se) la tensione di soglia del materiale aumenta gradualmente il valore con previsioni teoriche, che hanno mostrato il materiale avente una caratteristica "liquido-come" di cationi metallici sono più difficili da precipitare. ad una data differenza di temperatura sulla , Cu2-δ (S, se) la tensione di soglia del materiale è anche legato alla direzione del flusso di calore interna del materiale. quando la direzione del flusso di calore alla direzione della corrente è la stessa, un materiale avente una tensione di soglia minore, indicando che il materiale catione metallico è più probabile che precipitare. Viceversa, quando una direzione opposta alla direzione della corrente del flusso di calore, un materiale avente una tensione di soglia maggiore, un significativo aumento della stabilità del materiale.
Sulla base della migrazione di ioni e meccanismo precipitazione ulteriormente la comprensione, la squadra ha proposto di introdurre 'blocco di litio - una conduzione elettronica' in materiale termoelettrico liquido come nella interfaccia può essere soppressa efficacemente precipitazione con caratteristiche "liquido come" dei cationi metallici e liquidi aumento basato stabilità del materiale termoelettrico serve come cationi di metalli non 'blocco di litio - elettroni di conduzione' attraverso il campo ruolo interfacciale verrà 'bloccato litio - elettroni di conduzione' dall'interfaccia liquido segmenti materiale termoelettrico base condiviso dalla barriera, si può rimanere stabile consentendo così un campo elettrico forte o ad una maggiore differenza di temperatura agisce sul monolito mentre 'ione blocco - elettroni di conduzione' non pregiudica l'interfaccia consistente di trasporto degli elettroni / fori, ottenendo così un elevato multimateriale mentre la stabilità del servizio, mantiene buone proprietà termoelettriche intrinseche questa strategia Cu1.97S più segmenti collegati da uno strato di materiale conduttivo di carbonio è stato verificato. questo lavoro fornisce non solo per l'applicazione di materiale termoelettrico liquido a base La possibilità offre anche una nuova idea per migliorare la stabilità del servizio di altri conduttori misti elettronici / ionici.
Il lavoro di ricerca ha ricevuto finanziamenti e supporto dal National Key Research and Special Project, dalla National Natural Science Foundation della Cina e dall'Accademia cinese delle scienze Youth Innovation Promotion Association.
Ambiente di lavoro (a) un materiale termoelettrico base liquida, la categoria generale di liquido in un materiale termoelettrico elevato effetto corrente (b) e (c) un 'blocco di litio - conduzione elettroni' interfaccia metallo liquido facce di estremità del materiale termoelettrico based dove precipitati Cu
Processi fisici e chimici per migrazione di ioni e precipitazione in materiali termoelettrici simili a liquidi
(A) la corrente critica e la tensione di soglia di campione differenti lunghezze Cu1.97S; (b) avente una tensione di soglia differente stechiometria campione Cu2-dS; (c) la corrente critica ad una data differenza di temperatura sul campione Cu1.97S; ( d) Tensione critica di Cu1.97S in diverse differenze di temperatura e direzione del flusso di calore
Il principio di migliorare la stabilità del servizio utilizzando l'interfaccia di 'conduzione barriera ionica-elettrone' (a, b); (c) ambiente a temperatura costante e (d) risultati sperimentali in un dato ambiente con differenza di temperatura
