Het National Institute for Materials Science (NIMS) heeft met succes ontwikkeld: nieuwe aanpak voor het ontwerp van thermo-elektrische materialen door het bouwen van een database van elektronische structurele parameters die correleren met de thermo-elektrische conversie-eigenschappen van het materiaal en met een uitgebreide database-analyse. Deze benadering kan worden gebruikt om thermo-elektrische materialen met hogere prestaties te ontwikkelen.

Thermo-elektrische conversie is een haalbare manier om energie te oogsten om een ​​koolstofarme economie te helpen realiseren en stroom te leveren aan IoT-apparaten – een belangrijke digitale transformatietechnologie. Hiervoor moeten efficiëntere thermo-elektrische materialen worden ontwikkeld. Thermo-elektrische conversie is een bekend natuurkundig fenomeen: elektriciteit wordt opgewekt in vaste materialen met een temperatuurgradiënt erover. Er zijn uitgebreide pogingen gedaan om zeer efficiënte thermo-elektrische materialen te vinden. De conventionele benadering voor het ontwikkelen van hoogwaardige thermo-elektrische materialen is het analyseren van de elektronische structuur van het materiaal dat een zeer efficiënte thermo-elektrische conversie vertoont en het onderzoeken van het verantwoordelijke mechanisme. Deze onderzoeken hebben zich tot nu toe gericht op de mechanismen van individuele ingrediënten in plaats van te proberen overeenkomsten tussen beide te vinden. Deze onderzoeksgroep ontdekte elektronische structurele eigenschappen die gemeenschappelijk zijn voor hoogwaardige thermo-elektrische materialen en ontwikkelde met succes een veelzijdige materiaalontwerpbenadering.

De onderzoeksgroep bouwde eerst een database van twee elektronische structurele parameters waarvan bekend is dat ze correleren met de thermo-elektrische conversie-eigenschappen van de materialen: ladingsoverdrachtsenergie (Δ) en onsite Coulomb-afstotingsenergie (U). Er zijn gegevens verzameld van een verscheidenheid aan materialen die overgangsmetaalionen bevatten – een groep materialen waarin in het verleden veelbelovende thermo-elektrische materialen zijn ontdekt. Verschillende materialen worden vervolgens gelijktijdig geanalyseerd met behulp van deze database, waardoor de relaties tussen verschillende chemische elementen en hun parameters worden onthuld. Ten slotte paste de groep deze relatie toe op thermo-elektrische materialen en ontdekte dat materialen met de gewenste thermo-elektrische conversie-eigenschappen voorkomen in bepaalde gebieden langs de uitgezette U en waarden.

Deze resultaten vertegenwoordigen een nieuwe benadering voor het ontwerpen van hoogwaardige thermo-elektrische materialen. Bovendien wordt verwacht dat de in dit project ontwikkelde database nuttig zal zijn bij het onderzoek van verschillende materialen (bijvoorbeeld lithium-ionbatterijen, katalysatoren, supergeleiders en magnetische en ionengeleidende materialen) naast thermo-elektrische materialen.

– Dit persbericht is oorspronkelijk gepubliceerd op National Institute for Materials Science-website