Dans une nouvelle étude, des pérovskites inverses inoffensifs pour l#39environnement et présentant une efficacité de conversion d#39énergie élevée ont été signalés par des scientifiques de Tokyo Tech, avec un potentiel d#39software pratique en tant que matériaux thermoélectriques (TEM). Répondant aux limitations généralement rencontrées avec les TEM, telles qu#39une efficacité de conversion d#39énergie insuffisante et une toxicité environnementale due aux éléments lourds, les nouveaux TEM offrent une alternative appropriée aux TEM basés sur des éléments toxiques avec de meilleures propriétés thermoélectriques que les TEM respectueux de l#39environnement conventionnels.
Les matériaux thermoélectriques (TEM) capables de convertir l#39énergie thermique en énergie électrique et vice versa sont devenus un élément essentiel de notre monde, qui a besoin de meilleurs systèmes de récupération d#39énergie résiduelle et de systèmes de refroidissement pour les gadgets électroniques.
L#39efficacité de conversion énergétique des TEM dépend d#39un facteur de mérite sans dimension (ZT), qui est le produit de deux facteurs différents : l#39inverse de la conductivité thermique (k) et du facteur de puissance (PF).
Un TEM haute overall performance présente un ZT élevé s#39il possède un faible k et un PF élevé. Au fil des années, les scientifiques ont développé plusieurs TEM à foundation de chalcogénures de métaux lourds haute functionality, tels que Bi2Te3 et PbTe, qui répondent à ces critères. Bien que ces matériaux soient idéaux pour la conversion d#39énergie, ils étaient toxiques pour l#39environnement et la santé des organismes vivants : ils contenaient des éléments lourds toxiques, tels que le plomb (Pb) et le tellure (Te), ce qui limitait leurs applications pratiques. D#39autre portion, bien que les TEM à base d#39oxydes, tels que SrTiO3, présentent plusieurs avantages de non-toxicité et de ressources naturelles abondantes, leur ZT a été limité en raison de leur k élevé.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Takayoshi Katase de l#39Institut de technologie de Tokyo a exploré des TEM efficaces mais sans hazard pour l#39environnement, sans éléments toxiques. Dans leur récente étude publiée dans Superior Science, les chercheurs ont présenté des TEM à ZT élevés à foundation de pérovskite « inverse » avec la formule chimique Ba3BO, où B fait référence au silicium (Si) et au germanium (Ge).
« Contrairement aux pérovskites normales, telles que SrTiO3, les positions des web pages cationiques et anioniques sont inversées dans les pérovskites inverses Ba3BO. Ainsi, elles contiennent une grande quantité d#39élément lourd, Ba, et leur composition cristalline est formée par une flamme douce composée de de liaisons O-Ba faibles. Ces caractéristiques permettent de réaliser le faible k des pérovskites inverses », explique le Dr Katase, en développant les propriétés remarquables des matériaux.
L#39équipe de recherche a précisé que les polycristaux en vrac synthétisés de Ba3BO possèdent un k extrêmement faible de 1, à, 4 W/mK à un T de 300 à 600 K, ce qui est inférieur à ceux des vracs de Bi2Te3 et de PbTe. En conséquence, les masses de Ba3BO présentent un ZT plutôt élevé de, 16 à, 84 à T = 300 à 623 K. En in addition des résultats expérimentaux prometteurs, l#39équipe a effectué des calculs théoriques qui prévoyaient un ZT greatest potentiel de 2,14 pour Ba3SiO et de 1,21 pour Ba3GeO. à T = 600 K en optimisant la concentration des trous. Le ZT greatest de ces TEM non toxiques est bien supérieur à celui des autres TEM respectueux de l#39environnement et comparable à ceux des éléments lourds toxiques dans la même plage de température.
De moreover, l’équipe a précisé que le ZT élevé de Ba3BO est dû non seulement à son faible k mais également à son ion PF : B élevé, qui se comporte généralement comme un cation chargé positivement mais comme un anion chargé négativement dans Ba3BO. Les anions B sont responsables du transport du porteur, qui permet d#39atteindre un PF élevé.
En résumé, cette étude valide le potentiel du Ba3BO nouvellement conçu en tant qu’alternative performante et écologique aux TEM conventionnels toxiques à foundation d’éléments lourds. Les résultats établissent les pérovskites inverses comme une option prometteuse pour le développement de TEM avancés et sans risk pour l’environnement. À cet égard, le Dr Katase conclut : « Nous pensons que notre eyesight unique de la conception de matériaux à ZT élevé sans utiliser d#39éléments toxiques aurait un influence critical sur les communautés de la science des matériaux et de la chimie ainsi que sur les innovateurs cherchant à élargir l#39horizon des matériaux thermoélectriques. programs au-delà des laboratoires dans notre vie quotidienne.
