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Projektübersicht

Chromchalkogenid-basierte Thermoelektrika

Projektbeschreibung

In der aktuellen Debatte zur Energiewende werden unterschiedliche Konzepte entwickelt, um in naher Zukunft nachhaltig Energie zu erzeugen. Allerdings werden auch weiterhin Prozesse nicht vermieden werden können, bei denen ein nicht unerheblicher Teil der Primärenergie durch Abwärme verloren geht. Thermoelektrische Materialien könnten einen wesentlichen Beitrag leisten, diese Abwärmeströme über thermoelektrische Generatoren (TEG) unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln. Um die Leistungsfähigkeit thermoelektrischer Materialien zu verbessern, müssen die physikalischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften optimiert werden. Deshalb ist eine wesentliche Voraussetzung ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen der Synthese, der chemischen Zusammensetzung, den physikalischen Transporteigenschaften und den elektronischen und strukturellen Eigenschaften von thermoelektrischen Materialien. Im Falle der elektrischen Leitfähigkeit dienen die Substitutionen dem Einstellen der Ladungsträgerkonzentration, während der Seebeck-Koeffizient durch die mit einer Gemischtvalenz zusätzlich eingeführte Spin-Entropie verbessert werden könnte. Die Verringerung der thermischen Leitfähigkeit soll ebenfalls durch Substitutionen und topotaktische Reaktionen und den damit entstehenden spezifischen Defektstrukturen (Punktdefekte, Schichtfehlordnungen, Nanoausscheidungen) realisiert werden. Die chemischen, mikro- und nanostrukturellen Eigenschaften der neuen Thermoelektrika werden durch herausfordernde und teilweise zu entwickelnde transmissionselektronenmikroskopische (TEM) und röntgenographische Experimente (XRD) ermittelt, um so die Korrelation zwischen Synthese, Zusammensetzung, (Mikro-)Struktur und den thermoelektrischen Eigenschaften zu ermitteln. Die Kombination beider methodischen Ansätze erlaubt es, ein vollständiges und quantitatives Modell der komplexen Materialien auf allen relevanten Längenskalen zu ermitteln. Dazu sollen am IMTEK die Prozessparameter beim Spark Plasma Sintering (SPS) bzw. bei der Field-Assisted Sintering Technology (FAST) detailliert erforscht werden, um während des Sinterprozesses Anpassungen vornehmen zu können und die optimalen thermoelektrischen Eigenschaften generieren zu können. Zur Charakterisierung soll dazu ein angepasster Messplatz entwickelt werden, der es erlaubt, die thermoelektrischen Parameter (Seebeck-Koeffizient, elektrische- und thermische Leitfähigkeit) simultan und in identischer Richtung messen zu können. Abschließend soll mit den aussichtsreichsten thermoelektrischen Materialien ein Modul gebaut und charakterisiert werden.

Laufzeit

01.10.2017 bis 31.03.2020

Projektleitung

König J

Ansprechpartner/in

König J
Telefon:+49 761 8857-329

Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft
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