ERDF — CNRS (CRISMAT) — BEAVER PROJECT (Q3680087): Difference between revisions
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FEDER — CNRS (CRISMAT) — PROYECTO DE CASTOR | |||||||||||||||
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Con vistas a una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero, se están explorando gradualmente todas las vías de producción o reducción de energía «verdes». Por lo tanto, la generación de electricidad a partir del calor perdido por medio de módulos termoeléctricos (véase el efecto Beck) representa una ruta particularmente prometedora [1]. Esta tecnología tiene ventajas innegables en términos de fiabilidad, mantenimiento, ausencia de vibraciones, lo que la hace atractiva, por ejemplo, para usos automotrices, industriales o de construcción. Esta fiabilidad se demuestra mediante el uso de generadores termoeléctricos radioisotópicos en las sondas de exploración distantes de la NASA (Voyager, Cassini, etc.) [2]. La investigación sobre materiales termoeléctricos se lleva a cabo a nivel regional en el campo de la energía y los materiales RIS3. Hoy en día, dos cerraduras científicas/tecnológicas son las principales desventajas de la tecnología termoeléctrica: la eficiencia de los dispositivos y la abundancia de los componentes que componen los materiales termoeléctricos. El rendimiento de un dispositivo depende directamente de las propiedades de transporte de materiales a través del factor de mérito dimensional ZT (ZT=S/(PK)*T) donde S es el coeficiente Seebeck, P la resistividad eléctrica, K la conductividad térmica y T la temperatura absoluta. Optimizar el rendimiento de un dispositivo equivale a aumentar el factor ZT. La segunda dificultad está relacionada con la primera: los materiales con los mejores factores ZT se componen de elementos caros y desagradables en la Tierra (como Bi, Te, Pb o Ge). El diseño de materiales nuevos, económicamente viables y abundantes que puedan sustituir a los materiales convencionales utilizados en los dispositivos termoeléctricos actuales allanaría el camino para nuevas aplicaciones. A pesar del potencial real de algunos compuestos, incluyendo estructuras complejas (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] para aplicaciones termoeléctricas de temperatura media a alta (100-1000.°C), los valores ZT, los costes de producción o la fragilidad y estabilidad de algunos de estos materiales siguen obstaculizando su uso en dispositivos comerciales para la industria o el público en general. Es por ello que es esencial desarrollar materiales nuevos, eficientes y económicos. Recientemente, se han reportado conductividades intrínsecamente bajas (cerca de un vidrio) en sulfuros con estructuras cristalográficas complejas, lo que ha dado lugar a cifras de mérito ZT cercanas a la unidad a 400.°C [4.5]. Estos materiales minerales también son baratos porque están compuestos de elementos abundantes y no tóxicos (Cu, Fe,Sn, S). Este año, investigadores de CRISMAT destacaron la importancia de la técnica de densificación (SPS, prensado en caliente, etc.) utilizada para producir cerámica industrial. La técnica de densificación puede inducir (o no) defectos estructurales y alterar la conductividad térmica de los compuestos. Se obtuvo un valor ZT de 0,9 a 400.°C sobre el compuesto Cu26V2Sn6S32, un material de origen mineral (colusita) y reynthetizado en el laboratorio. Este trabajo fue publicado en la revista científica altamente reconocida Journal of American Chemical Society [5]. Este material es hoy en día el mejor material de sulfuro para aplicaciones entre el ambiente y 400.°C. El uso de este material en dispositivos termoeléctricos permitiría considerar rendimientos de alrededor del 10-15 %, lo que podría reducir significativamente los tiempos de amortiguación de los dispositivos. Sin embargo, hay que levantar dos cerraduras científicas/tecnológicas: 1) Controlar la densificación de este material en hornos industriales y 2) Producir grandes muestras para la fabricación de módulos termoeléctricos. (Spanish) | |||||||||||||||
| Property / summary: Con vistas a una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero, se están explorando gradualmente todas las vías de producción o reducción de energía «verdes». Por lo tanto, la generación de electricidad a partir del calor perdido por medio de módulos termoeléctricos (véase el efecto Beck) representa una ruta particularmente prometedora [1]. Esta tecnología tiene ventajas innegables en términos de fiabilidad, mantenimiento, ausencia de vibraciones, lo que la hace atractiva, por ejemplo, para usos automotrices, industriales o de construcción. Esta fiabilidad se demuestra mediante el uso de generadores termoeléctricos radioisotópicos en las sondas de exploración distantes de la NASA (Voyager, Cassini, etc.) [2]. La investigación sobre materiales termoeléctricos se lleva a cabo a nivel regional en el campo de la energía y los materiales RIS3. Hoy en día, dos cerraduras científicas/tecnológicas son las principales desventajas de la tecnología termoeléctrica: la eficiencia de los dispositivos y la abundancia de los componentes que componen los materiales termoeléctricos. El rendimiento de un dispositivo depende directamente de las propiedades de transporte de materiales a través del factor de mérito dimensional ZT (ZT=S/(PK)*T) donde S es el coeficiente Seebeck, P la resistividad eléctrica, K la conductividad térmica y T la temperatura absoluta. Optimizar el rendimiento de un dispositivo equivale a aumentar el factor ZT. La segunda dificultad está relacionada con la primera: los materiales con los mejores factores ZT se componen de elementos caros y desagradables en la Tierra (como Bi, Te, Pb o Ge). El diseño de materiales nuevos, económicamente viables y abundantes que puedan sustituir a los materiales convencionales utilizados en los dispositivos termoeléctricos actuales allanaría el camino para nuevas aplicaciones. A pesar del potencial real de algunos compuestos, incluyendo estructuras complejas (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] para aplicaciones termoeléctricas de temperatura media a alta (100-1000.°C), los valores ZT, los costes de producción o la fragilidad y estabilidad de algunos de estos materiales siguen obstaculizando su uso en dispositivos comerciales para la industria o el público en general. Es por ello que es esencial desarrollar materiales nuevos, eficientes y económicos. Recientemente, se han reportado conductividades intrínsecamente bajas (cerca de un vidrio) en sulfuros con estructuras cristalográficas complejas, lo que ha dado lugar a cifras de mérito ZT cercanas a la unidad a 400.°C [4.5]. Estos materiales minerales también son baratos porque están compuestos de elementos abundantes y no tóxicos (Cu, Fe,Sn, S). Este año, investigadores de CRISMAT destacaron la importancia de la técnica de densificación (SPS, prensado en caliente, etc.) utilizada para producir cerámica industrial. La técnica de densificación puede inducir (o no) defectos estructurales y alterar la conductividad térmica de los compuestos. Se obtuvo un valor ZT de 0,9 a 400.°C sobre el compuesto Cu26V2Sn6S32, un material de origen mineral (colusita) y reynthetizado en el laboratorio. Este trabajo fue publicado en la revista científica altamente reconocida Journal of American Chemical Society [5]. Este material es hoy en día el mejor material de sulfuro para aplicaciones entre el ambiente y 400.°C. El uso de este material en dispositivos termoeléctricos permitiría considerar rendimientos de alrededor del 10-15 %, lo que podría reducir significativamente los tiempos de amortiguación de los dispositivos. Sin embargo, hay que levantar dos cerraduras científicas/tecnológicas: 1) Controlar la densificación de este material en hornos industriales y 2) Producir grandes muestras para la fabricación de módulos termoeléctricos. (Spanish) / rank | |||||||||||||||
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| Property / summary: Con vistas a una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero, se están explorando gradualmente todas las vías de producción o reducción de energía «verdes». Por lo tanto, la generación de electricidad a partir del calor perdido por medio de módulos termoeléctricos (véase el efecto Beck) representa una ruta particularmente prometedora [1]. Esta tecnología tiene ventajas innegables en términos de fiabilidad, mantenimiento, ausencia de vibraciones, lo que la hace atractiva, por ejemplo, para usos automotrices, industriales o de construcción. Esta fiabilidad se demuestra mediante el uso de generadores termoeléctricos radioisotópicos en las sondas de exploración distantes de la NASA (Voyager, Cassini, etc.) [2]. La investigación sobre materiales termoeléctricos se lleva a cabo a nivel regional en el campo de la energía y los materiales RIS3. Hoy en día, dos cerraduras científicas/tecnológicas son las principales desventajas de la tecnología termoeléctrica: la eficiencia de los dispositivos y la abundancia de los componentes que componen los materiales termoeléctricos. El rendimiento de un dispositivo depende directamente de las propiedades de transporte de materiales a través del factor de mérito dimensional ZT (ZT=S/(PK)*T) donde S es el coeficiente Seebeck, P la resistividad eléctrica, K la conductividad térmica y T la temperatura absoluta. Optimizar el rendimiento de un dispositivo equivale a aumentar el factor ZT. La segunda dificultad está relacionada con la primera: los materiales con los mejores factores ZT se componen de elementos caros y desagradables en la Tierra (como Bi, Te, Pb o Ge). El diseño de materiales nuevos, económicamente viables y abundantes que puedan sustituir a los materiales convencionales utilizados en los dispositivos termoeléctricos actuales allanaría el camino para nuevas aplicaciones. A pesar del potencial real de algunos compuestos, incluyendo estructuras complejas (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] para aplicaciones termoeléctricas de temperatura media a alta (100-1000.°C), los valores ZT, los costes de producción o la fragilidad y estabilidad de algunos de estos materiales siguen obstaculizando su uso en dispositivos comerciales para la industria o el público en general. Es por ello que es esencial desarrollar materiales nuevos, eficientes y económicos. Recientemente, se han reportado conductividades intrínsecamente bajas (cerca de un vidrio) en sulfuros con estructuras cristalográficas complejas, lo que ha dado lugar a cifras de mérito ZT cercanas a la unidad a 400.°C [4.5]. Estos materiales minerales también son baratos porque están compuestos de elementos abundantes y no tóxicos (Cu, Fe,Sn, S). Este año, investigadores de CRISMAT destacaron la importancia de la técnica de densificación (SPS, prensado en caliente, etc.) utilizada para producir cerámica industrial. La técnica de densificación puede inducir (o no) defectos estructurales y alterar la conductividad térmica de los compuestos. Se obtuvo un valor ZT de 0,9 a 400.°C sobre el compuesto Cu26V2Sn6S32, un material de origen mineral (colusita) y reynthetizado en el laboratorio. Este trabajo fue publicado en la revista científica altamente reconocida Journal of American Chemical Society [5]. Este material es hoy en día el mejor material de sulfuro para aplicaciones entre el ambiente y 400.°C. El uso de este material en dispositivos termoeléctricos permitiría considerar rendimientos de alrededor del 10-15 %, lo que podría reducir significativamente los tiempos de amortiguación de los dispositivos. Sin embargo, hay que levantar dos cerraduras científicas/tecnológicas: 1) Controlar la densificación de este material en hornos industriales y 2) Producir grandes muestras para la fabricación de módulos termoeléctricos. (Spanish) / qualifier | |||||||||||||||
point in time: 14 January 2022
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Revision as of 00:57, 14 January 2022
Project Q3680087 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS (CRISMAT) — BEAVER PROJECT |
Project Q3680087 in France |
Statements
141,336.00 Euro
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353,340.0 Euro
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40.0 percent
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1 October 2018
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30 September 2022
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CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Dans la perspective de la réduction drastique des émanations de gaz à effet de serre, toutes les voies de production d'énergie "verte" ou de réduction de consommation énergétique sont peu à peu explorées. Ainsi la génération d'électricité à partir de chaleur perdue aux moyens de modules thermoélectriques (effet Seebeck) représente une voie particulièrement prometteuse [1]. Cette technologie présente des avantages indéniables en termes de fiabilité, maintenance, d'absence de vibrations qui la rend attractive par exemple pour des utilisations dans le domaine automobile, de l'industrie, ou du bâtiment. Cette fiabilité est entre autres démontrée par l'utilisation de générateurs thermoélectriques radio-isotopiques dans les sondes à exploration lointaine de la NASA (Voyager, Cassini etc) [2]. La recherche sur les matériaux thermoélectriques s'inscrit au niveau régional dans le domaine de la RIS3 Energie et Matériaux.Aujourd'hui, deux verrous scientifiques/technologiques constituent les handicaps majeurs de la technologie thermoélectrique : le rendement des dispositifs et l'abondance des éléments qui composent les matériaux thermoélectriques. Le rendement d'un dispositif dépend directement des propriétés de transport des matériaux au travers du facteur de mérite adimensionnel ZT (ZT=S/(PK)*T) où S est le coefficient Seebeck, P la résistivité électrique, K la conductivité thermique, et T la température absolue). Optimiser le rendement d'un dispositif revient à augmenter le facteur ZT. La seconde difficulté est liée à la première : les matériaux présentant les meilleurs facteurs ZT sont composés d'éléments chers et peu abondants sur Terre (tels que Bi, Te, Pb ou Ge). Le design de nouveaux matériaux, économiquement viables et abondants, susceptibles de remplacer les matériaux conventionnels utilisés dans les dispositifs thermoélectriques actuels, ouvriraient la voie à de nouvelles applications. Malgré le potentiel réel de certains composés, notamment à structures complexes (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] pour des applications en thermoélectricité à moyenne ou haute température (100-1000°C), les valeurs de ZT, les coûts de production ou bien encore la fragilité et la stabilité de certains de ces matériaux freinent encore aujourd'hui leur utilisation dans des dispositifs commerciaux pour l'industrie ou le grand public. C'est pourquoi il est primordial de développer de nouveaux matériaux performants et peu chers. Récemment, des conductivités intrinsèquement faibles (proche d'un verre) ont été rapportées dans des sulfures à structures cristallographiques complexes, menant à des figures de mérite ZT proche de l'unité à 400°C [4,5]. Ces matériaux d'origine minérale sont également peu chers car composés d'éléments abondants et par ailleurs non toxiques (Cu,Fe,Sn,S). Les chercheurs du CRISMAT ont notamment mis en évidence cette année l'importance de la technique de densification (SPS, pressage à chaud etc) utilisée pour produire des céramiques industrielles. La technique de densification peut induire (ou non) des défauts structuraux et modifier la conductivité thermique des composés. Une valeur de ZT de 0.9 à 400°C a ainsi été obtenue sur le composé Cu26V2Sn6S32, un matériau d'origine minérale (colusite) et résynthétisé au laboratoire. Ces travaux ont été publiés dans la revue scientifique très reconnue Journal of American Chemical Society [5]. Ce matériau est au jour d'aujourd'hui le meilleur matériau sulfure pour des applications entre l'ambiante et 400°C. L'utilisation de ce matériau dans des dispositifs thermoélectriques permettrait d'envisager des rendements de l'ordre de 10-15% pouvant diminuer considérablement les durées d'amortissement des dispositifs.Néanmoins, deux verrous scientifiques/technologiques doivent être levés : 1) Maîtriser la densification de ce matériau dans des fours industriels et 2) Produire des échantillons de grande taille pour la fabrication de modules thermoélectriques. (French)
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With a view to drastic reductions in greenhouse gas emissions, all “green” energy production or energy reduction pathways are gradually being explored. Thus the generation of electricity from heat lost by means of thermoelectric modules (seebeck effect) represents a particularly promising route [1]. This technology has undeniable advantages in terms of reliability, maintenance, absence of vibrations, which makes it attractive, for example, for automotive, industrial, or building uses. This reliability is demonstrated by the use of radio-isotopic thermoelectric generators in NASA’s distant exploration probes (Voyager, Cassini, etc.) [2]. Research on thermoelectric materials takes place at regional level in the field of RIS3 Energy and Materials. Today, two scientific/technological locks are the major handicaps of thermoelectric technology: the efficiency of the devices and the abundance of the components that make up the thermoelectric materials. The performance of a device depends directly on the material transport properties through the ZT dimensional merit factor (ZT=S/(PK)*T) where S is the Seebeck coefficient, P the electrical resistivity, K the thermal conductivity, and T the absolute temperature. Optimising the performance of a device is tantamount to increasing the ZT factor. The second difficulty is linked to the first: materials with the best ZT factors are composed of expensive and unpleasant elements on Earth (such as Bi, Te, Pb or Ge). The design of new, economically viable and abundant materials that could replace conventional materials used in current thermoelectric devices would pave the way for new applications. Despite the real potential of some compounds, including complex structures (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] for medium to high temperature thermoelectric applications (100-1 000 °C), ZT values, production costs or the fragility and stability of some of these materials are still hampering their use in commercial devices for industry or the general public. This is why it is essential to develop new, efficient and inexpensive materials. Recently, intrinsically low conductivities (close to a glass) have been reported in sulphides with complex crystallographic structures, leading to ZT merit figures close to the unit at 400 °C [4.5]. These mineral materials are also inexpensive because they are composed of abundant and otherwise non-toxic elements (Cu,Fe,Sn,S). This year, CRISMAT researchers highlighted the importance of the densification technique (SPS, hot pressing, etc.) used to produce industrial ceramics. The densification technique can induce (or not) structural defects and alter the thermal conductivity of the compounds. A ZT value of 0.9 at 400 °C was obtained on the compound Cu26V2Sn6S32, a material of mineral origin (colusite) and reynthetised in the laboratory. This work was published in the highly recognised scientific journal Journal of American Chemical Society [5]. This material is today the best sulphide material for applications between the ambient and 400 °C. Using this material in thermoelectric devices would allow the possibility to consider yields of around 10-15 % which could significantly reduce the damping times of the devices.However, two scientific/technological locks need to be lifted: 1) Control the densification of this material in industrial furnaces and 2) Produce large samples for the manufacture of thermoelectric modules. (English)
18 November 2021
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Im Hinblick auf die drastische Verringerung der Treibhausgasemissionen werden nach und nach alle Wege der „grünen“ Energieerzeugung oder der Senkung des Energieverbrauchs erforscht. So stellt die Stromerzeugung aus Abwärme mittels thermoelektrischer Module (Seebeck-Effekt) einen besonders vielversprechenden Weg dar [1]. Diese Technologie hat unbestreitbare Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit, Wartung und keine Vibrationen, die sie z. B. für den Einsatz in der Automobilindustrie, in der Industrie oder im Baugewerbe attraktiv machen. Diese Zuverlässigkeit wird unter anderem durch den Einsatz thermoelektrischer Radioisotopengeneratoren in den Fernforschungssonden der NASA (Voyager, Cassini usw.) nachgewiesen [2]. Die Forschung zu thermoelektrischen Werkstoffen erfolgt auf regionaler Ebene im Bereich der RIS3 Energie und Werkstoffe.Heute stellen zwei wissenschaftliche/technologische Sperren die größten Nachteile der thermoelektrischen Technologie dar: die Leistungsfähigkeit der Geräte und die Fülle der Elemente, aus denen die thermoelektrischen Materialien bestehen. Der Wirkungsgrad eines Geräts hängt direkt von den Transporteigenschaften des Materials durch den adimensionalen Verdienstfaktor ZT (ZT=S/(PK)*T) ab, wobei S der Koeffizient Seebeck, P der elektrischen Widerstandsfähigkeit, K die Wärmeleitfähigkeit und T die absolute Temperatur ist. Die Optimierung des Wirkungsgrades eines Geräts bedeutet eine Erhöhung des ZT-Faktors. Die zweite Schwierigkeit hängt mit der ersten zusammen: die Materialien mit den besten ZT-Faktoren bestehen aus teuren und geringen Elementen auf der Erde (wie Bi, Te, Pb oder Ge). Das Design neuer, wirtschaftlich tragfähiger und reichlich vorhandener Materialien, die herkömmliche Materialien ersetzen können, die in den derzeitigen thermoelektrischen Geräten verwendet werden, würde den Weg für neue Anwendungen ebnen. Trotz des tatsächlichen Potenzials einiger Verbindungen mit komplexen Strukturen (Zintl, Skutterudite, Clathrate)[3] für Anwendungen in der Thermoelektrizität bei mittlerer und hoher Temperatur (100-1 000 °C) bremsen die ZT-Werte, die Produktionskosten oder die Zerbrechlichkeit und Stabilität einiger dieser Materialien heute noch ihre Verwendung in kommerziellen Geräten für die Industrie oder die breite Öffentlichkeit. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, neue, leistungsstarke und kostengünstige Materialien zu entwickeln. In letzter Zeit wurden inhärent niedrige Leitfähigkeiten (in der Nähe eines Glases) in Sulfide mit komplexen kristallographischen Strukturen berichtet, die zu Verdienstfiguren von ZT in der Nähe der Einheit bei 400 °C führen [4,5]. Diese Materialien mineralischen Ursprungs sind ebenfalls preiswert, da sie aus reichlichen und sonst ungiftigen Elementen (Cu,Fe,Sn,S) bestehen. Die Forscher des CRISMAT haben in diesem Jahr insbesondere die Bedeutung der Verdichtungstechnik (SPS, Warmpressen usw.) hervorgehoben, die zur Herstellung industrieller Keramiken eingesetzt wird. Die Verdichtungstechnik kann strukturelle Defekte verursachen (oder nicht) und die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungen verändern. Ein ZT-Wert von 0.9 bis 400 °C wurde auf der Verbindung Cu26V2Sn6S32 gewonnen, einem mineralischen Material (Clorusit), das im Labor resynthetisiert wurde. Diese Arbeiten wurden in der anerkannten wissenschaftlichen Zeitschrift Journal of American Chemical Society veröffentlicht [5]. Dieses Material ist heute das beste Sulfidmaterial für Anwendungen zwischen der Umgebung und 400 °C. Durch die Verwendung dieses Materials in thermoelektrischen Geräten könnten Wirkungsgrade von etwa 10-15 % in Betracht gezogen werden, die die Dämpfungszeit der Geräte erheblich verkürzen könnten.Doch müssen zwei wissenschaftliche/technologische Schlösser aufgehoben werden: 1) Beherrschen Sie die Verdichtung dieses Materials in Industrieöfen und 2) Produzieren Sie große Proben für die Herstellung von thermoelektrischen Modulen. (German)
1 December 2021
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Met het oog op een drastische vermindering van de uitstoot van broeikasgassen worden geleidelijk alle „groene” energieproductie of -reductietrajecten onderzocht. De opwekking van elektriciteit uit warmteverlies door middel van thermo-elektrische modules (ziebeckeffect) vormt dus een bijzonder veelbelovende route [1]. Deze technologie heeft onmiskenbare voordelen op het gebied van betrouwbaarheid, onderhoud, afwezigheid van trillingen, waardoor ze bijvoorbeeld aantrekkelijk is voor bijvoorbeeld auto-, industriële of bouwdoeleinden. Deze betrouwbaarheid wordt aangetoond door het gebruik van radio-isotopische thermo-elektrische generatoren in NASA’s verre exploratiesondes (Voyager, Cassini, enz.) [2]. Onderzoek naar thermo-elektrische materialen vindt plaats op regionaal niveau op het gebied van RIS3 Energy and Materials. Tegenwoordig zijn twee wetenschappelijke/technologische sluizen de belangrijkste handicaps van de thermo-elektrische technologie: de efficiëntie van de apparaten en de overvloed van de componenten die deel uitmaken van de thermo-elektrische materialen. De prestaties van een apparaat hangen rechtstreeks af van de materiaaltransporteigenschappen door de ZT-dimensionale verdienstefactor (ZT=S/(PK)*T) waarbij S de Seebeck-coëfficiënt is, P de elektrische weerstand, K de thermische geleidbaarheid en T de absolute temperatuur. Het optimaliseren van de prestaties van een apparaat komt overeen met het verhogen van de ZT-factor. Het tweede probleem houdt verband met het eerste probleem: materialen met de beste ZT-factoren zijn samengesteld uit dure en onaangename elementen op aarde (zoals Bi, Te, Pb of Ge). Het ontwerp van nieuwe, economisch levensvatbare en overvloedige materialen die conventionele materialen zouden kunnen vervangen die in de huidige thermo-elektrische apparaten worden gebruikt, zou de weg vrijmaken voor nieuwe toepassingen. Ondanks het reële potentieel van sommige verbindingen, waaronder complexe structuren (Zintl, skutterudieten, clathraten)[3] voor thermo-elektrische toepassingen bij gemiddelde tot hoge temperatuur (100-1 000 °C), belemmeren ZT-waarden, productiekosten of de kwetsbaarheid en stabiliteit van sommige van deze materialen nog steeds het gebruik ervan in commerciële apparaten voor de industrie of het grote publiek. Daarom is het essentieel om nieuwe, efficiënte en goedkope materialen te ontwikkelen. Recentelijk zijn intrinsiek lage geleidingen (dicht bij een glas) gemeld bij sulfiden met complexe kristallografische structuren, wat heeft geleid tot ZT-waardecijfers dicht bij de eenheid bij 400 °C [4.5]. Deze minerale materialen zijn ook goedkoop omdat ze zijn samengesteld uit overvloedige en anderszins niet-toxische elementen (Cu,Fe,Sn,S). Dit jaar benadrukten CRISMAT-onderzoekers het belang van de verdichtingstechniek (SPS, heet persen, enz.) die wordt gebruikt om industriële keramiek te produceren. De verdichtingstechniek kan structurele gebreken (of niet) veroorzaken en de thermische geleidbaarheid van de verbindingen veranderen. Een ZT-waarde van 0,9 bij 400 °C werd verkregen op de verbinding Cu26V2Sn6S32, een materiaal van minerale oorsprong (colusiet) en geherynthetiseerd in het laboratorium. Dit werk werd gepubliceerd in het zeer erkende wetenschappelijke tijdschrift Journal of American Chemical Society [5]. Dit materiaal is vandaag de dag het beste sulfidemateriaal voor toepassingen tussen de omgeving en 400 °C. Met behulp van dit materiaal in thermo-elektrische apparaten zou de mogelijkheid om opbrengsten van ongeveer 10-15 % te overwegen, wat de dempingstijden van de apparaten aanzienlijk zou kunnen verminderen.Echter, twee wetenschappelijke/technologische sloten moeten worden opgeheven: 1) Controleer de verdichting van dit materiaal in industriële ovens en 2) Vervaardig grote monsters voor de vervaardiging van thermo-elektrische modules. (Dutch)
6 December 2021
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Al fine di ridurre drasticamente le emissioni di gas a effetto serra, vengono progressivamente esplorati tutti i percorsi di produzione di energia "verde" o di riduzione dell'energia. Pertanto, la produzione di energia elettrica dal calore perso mediante moduli termoelettrici (effetto "seebeck") rappresenta un percorso particolarmente promettente [1]. Questa tecnologia presenta innegabili vantaggi in termini di affidabilità, manutenzione, assenza di vibrazioni, il che la rende attraente, ad esempio, per usi automobilistici, industriali o edilizi. Questa affidabilità è dimostrata dall'uso di generatori termoelettrici radioisotopi nelle sonde di esplorazione distanti della NASA (Voyager, Cassini, ecc.) [2]. La ricerca sui materiali termoelettrici avviene a livello regionale nel campo dell'energia e dei materiali RIS3. Oggi, due serrature scientifiche/tecnologiche sono i principali svantaggi della tecnologia termoelettrica: L'efficienza dei dispositivi e l'abbondanza dei componenti che compongono i materiali termoelettrici. Le prestazioni di un dispositivo dipendono direttamente dalle proprietà di trasporto del materiale attraverso il fattore di merito dimensionale ZT (ZT=S/(PK)*T) dove S è il coefficiente di Seebeck, P la resistività elettrica, K la conducibilità termica e T la temperatura assoluta. Ottimizzare le prestazioni di un dispositivo equivale ad aumentare il fattore ZT. La seconda difficoltà è legata alla prima: i materiali con i migliori fattori ZT sono composti da elementi costosi e spiacevoli sulla Terra (come Bi, Te, Pb o Ge). La progettazione di materiali nuovi, economicamente sostenibili e abbondanti che potrebbero sostituire i materiali convenzionali utilizzati negli attuali dispositivi termoelettrici spianerebbe la strada a nuove applicazioni. Nonostante il potenziale reale di alcuni composti, tra cui strutture complesse (Zintl, skutterudites, clathrate)[3] per applicazioni termoelettriche a media-alta temperatura (100-1000ºC), i valori ZT, i costi di produzione o la fragilità e la stabilità di alcuni di questi materiali ostacolano ancora il loro utilizzo nei dispositivi commerciali per l'industria o il grande pubblico. Per questo motivo è essenziale sviluppare materiali nuovi, efficienti ed economici. Recentemente, sono state segnalate conducibilità intrinsecamente basse (vicino ad un vetro) nei solfidi con strutture cristalline complesse, portando a cifre di merito ZT vicine all'unità a 400ºC [4.5]. Questi materiali minerali sono anche poco costosi perché sono composti da elementi abbondanti e comunque atossici (Cu,Fe,Sn,S). Quest'anno, i ricercatori del CRISMAT hanno sottolineato l'importanza della tecnica di densificazione (SPS, pressatura a caldo, ecc.) utilizzata per la produzione di ceramica industriale. La tecnica di densificazione può indurre (o meno) difetti strutturali e alterare la conducibilità termica dei composti. Un valore ZT di 0,9 a 400ºC è stato ottenuto sul composto Cu26V2Sn6S32, un materiale di origine minerale (colusite) e risintetizzato in laboratorio. Questo lavoro è stato pubblicato nella rivista scientifica molto riconosciuta Journal of American Chemical Society [5]. Questo materiale è oggi il miglior materiale di solfuro per applicazioni tra l'ambiente e 400ºC. L'utilizzo di questo materiale in dispositivi termoelettrici consentirebbe la possibilità di prendere in considerazione rese di circa il 10-15 % che potrebbero ridurre significativamente i tempi di smorzamento dei dispositivi.Tuttavia, è necessario sollevare due serrature scientifiche/tecnologiche: 1) Controllare la densificazione di questo materiale in forni industriali e 2) produrre grandi campioni per la produzione di moduli termoelettrici. (Italian)
13 January 2022
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Con vistas a una reducción drástica de las emisiones de gases de efecto invernadero, se están explorando gradualmente todas las vías de producción o reducción de energía «verdes». Por lo tanto, la generación de electricidad a partir del calor perdido por medio de módulos termoeléctricos (véase el efecto Beck) representa una ruta particularmente prometedora [1]. Esta tecnología tiene ventajas innegables en términos de fiabilidad, mantenimiento, ausencia de vibraciones, lo que la hace atractiva, por ejemplo, para usos automotrices, industriales o de construcción. Esta fiabilidad se demuestra mediante el uso de generadores termoeléctricos radioisotópicos en las sondas de exploración distantes de la NASA (Voyager, Cassini, etc.) [2]. La investigación sobre materiales termoeléctricos se lleva a cabo a nivel regional en el campo de la energía y los materiales RIS3. Hoy en día, dos cerraduras científicas/tecnológicas son las principales desventajas de la tecnología termoeléctrica: la eficiencia de los dispositivos y la abundancia de los componentes que componen los materiales termoeléctricos. El rendimiento de un dispositivo depende directamente de las propiedades de transporte de materiales a través del factor de mérito dimensional ZT (ZT=S/(PK)*T) donde S es el coeficiente Seebeck, P la resistividad eléctrica, K la conductividad térmica y T la temperatura absoluta. Optimizar el rendimiento de un dispositivo equivale a aumentar el factor ZT. La segunda dificultad está relacionada con la primera: los materiales con los mejores factores ZT se componen de elementos caros y desagradables en la Tierra (como Bi, Te, Pb o Ge). El diseño de materiales nuevos, económicamente viables y abundantes que puedan sustituir a los materiales convencionales utilizados en los dispositivos termoeléctricos actuales allanaría el camino para nuevas aplicaciones. A pesar del potencial real de algunos compuestos, incluyendo estructuras complejas (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] para aplicaciones termoeléctricas de temperatura media a alta (100-1000.°C), los valores ZT, los costes de producción o la fragilidad y estabilidad de algunos de estos materiales siguen obstaculizando su uso en dispositivos comerciales para la industria o el público en general. Es por ello que es esencial desarrollar materiales nuevos, eficientes y económicos. Recientemente, se han reportado conductividades intrínsecamente bajas (cerca de un vidrio) en sulfuros con estructuras cristalográficas complejas, lo que ha dado lugar a cifras de mérito ZT cercanas a la unidad a 400.°C [4.5]. Estos materiales minerales también son baratos porque están compuestos de elementos abundantes y no tóxicos (Cu, Fe,Sn, S). Este año, investigadores de CRISMAT destacaron la importancia de la técnica de densificación (SPS, prensado en caliente, etc.) utilizada para producir cerámica industrial. La técnica de densificación puede inducir (o no) defectos estructurales y alterar la conductividad térmica de los compuestos. Se obtuvo un valor ZT de 0,9 a 400.°C sobre el compuesto Cu26V2Sn6S32, un material de origen mineral (colusita) y reynthetizado en el laboratorio. Este trabajo fue publicado en la revista científica altamente reconocida Journal of American Chemical Society [5]. Este material es hoy en día el mejor material de sulfuro para aplicaciones entre el ambiente y 400.°C. El uso de este material en dispositivos termoeléctricos permitiría considerar rendimientos de alrededor del 10-15 %, lo que podría reducir significativamente los tiempos de amortiguación de los dispositivos. Sin embargo, hay que levantar dos cerraduras científicas/tecnológicas: 1) Controlar la densificación de este material en hornos industriales y 2) Producir grandes muestras para la fabricación de módulos termoeléctricos. (Spanish)
14 January 2022
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Identifiers
18P01361
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