Thermoelectric oxides for high-temperature conversion of solar and waste heat to electrical energy

Termoelektriske materialer omdanner varme direkte til elektrisitet og kan dermed øke bruken av fornybare energikilder som f.eks. solvarme og øke effektiviteten til eksisterende teknologier ved å gjøre om spillvarme til nyttig elektrisitet. De beste tilgje ngelige termoelektriske materialene for prosesser ved høye temperaturer oksiderer ved kontakt med luft og består gjerne av grunnstoffer som er sjeldne og/eller giftige. Metalloksider kan løse disse materialrelaterte problemene og THERMEL bidrar til utvikl ingen av termoelektriske materialer for bruk ved høye temperaturer og i luft ved å øke forståelsen av de termoelektriske transportegenskapene i oksider. I denne rapporteringsperioden har de involverte i prosjektet arbeidet innen tre løp; i) utvikling av t ransportmodeller for p-ledende koboltholdige termoelektriske oksider - natrium koboltoksid og kalsium koboltoksid ; ii) syntese, fabrikasjon og karakterisering av flere nye oksidmaterialklasser; samt iii) konstruksjon av oppsett for karakterisering av ter moelektriske moduler. Å utvikle en modell som beskriver transportegenskapene til kalsium koboltoksid - og i særdeleshet den elektriske ledningsevnen og Seebeck-koeffisienten - er viktig siden dette oksidet i dag er den best egnete hullederen ved høy temp eratur. Ved å måle de elektroniske transportegenskapene ved høy temperatur og i kontrollerte atmosfærer kunne vi studere hvordan dannelsen av defekter påvirket de elektriske egenskapene. Disse resultatene ble kombinert med atomistiske beregninger og førte til en ny grunnleggende forståelse av høytemperaturegenskapene til kalsium koboltoksid, som er under publisering. De øvrige, nye materialene er under utforsking, og testoppsettet for moduler er under utprøving, og dette vil bli rapportert i sluttrapporte n. THERMEL har bidratt til et nasjonalt koordinert prosjekt innen termoelektriske materialer, der arbeidet på oksider og moduler vil bli videreført.

The project merges the strong initiative in structural and semiconductor physics of non-oxide thermoelectric materials at FERMiO, University of Oslo, with its stronghold in high temperature defect chemistry of oxides, in order to develop oxidic thermoelec trics for generation of electricity from concentrated solar heat and waste heat from fuel cells and engines at high temperature. This will increase the efficiency and the design alternatives for solar as well as hydrogen and fossil-based power. The projec t focuses on four tracks; fundamentals of complex cobaltous oxides, heavily doped or non-stoichiometric binary oxides, novel classes of thermoelectric oxides, and n/p-junction stability and performance issues. The project involves experimental and calcula tional studies within groups in materials chemistry and physics at the top-tier centre FERMiO, University of Oslo, with participation from SINTEF Materials and Chemistry, Oslo, and networking with universities in Sydney, Australia. The project runs for 3 years, educates one PhD and one post-doc researcher, and aims to form basis for involvement and commercialisation by Norwegian startups/SMEs in a next stage.