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Glass-ceramic composites as insulation material for thermoelectric oxide multilayer generators

  • Thermoelectric generators can be used as energy harvesters for sensor applications. Adapting the ceramic multilayer technology, their production can be highly automated. In such multilayer thermoelectric generators, the electrical insulation material, which separates the thermoelectric legs, is crucial for the performance of the device. The insulationmaterial should be adapted to the thermoelectric regarding its averaged coefficient of thermal expansion α and its sintering temperature while maintaining a high resistivity. In this study, starting from theoretical calculations, a glass-ceramic Composite material adapted for multilayer generators fromcalciummanganate and Calcium cobaltite is developed. The material is optimized towards an α of 11 × 10−6 K−1 (20–500◦C), a sintering temperature of 900◦C, and a high resistivity up to 800◦C. Calculated and measured α are in good agreement. The chosen glass-ceramic composite with 45 vol.% quartz has a resistivity of 1 × 107 Ωcm and an openThermoelectric generators can be used as energy harvesters for sensor applications. Adapting the ceramic multilayer technology, their production can be highly automated. In such multilayer thermoelectric generators, the electrical insulation material, which separates the thermoelectric legs, is crucial for the performance of the device. The insulationmaterial should be adapted to the thermoelectric regarding its averaged coefficient of thermal expansion α and its sintering temperature while maintaining a high resistivity. In this study, starting from theoretical calculations, a glass-ceramic Composite material adapted for multilayer generators fromcalciummanganate and Calcium cobaltite is developed. The material is optimized towards an α of 11 × 10−6 K−1 (20–500◦C), a sintering temperature of 900◦C, and a high resistivity up to 800◦C. Calculated and measured α are in good agreement. The chosen glass-ceramic composite with 45 vol.% quartz has a resistivity of 1 × 107 Ωcm and an open porosity of <3%. Sintered multilayer samples from tape-cast thermoelectric oxides and screen-printed insulation show only small reaction layers. It can be concluded that glass-ceramic composites are a well-suited material class for insulation layers as their physical properties can be tuned by varying glass composition or dispersion phases.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Sophie BreschORCiD, Björn MiellerORCiD, Paul MrkwitschkaORCiD, R. MoosORCiD, Torsten Rabe
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of the American Ceramic Society
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley Online Library
Erste Seite:1
Letzte Seite:10
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Electrical insulators; Glass-ceramics; Multilayers; Thermal expansion
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1111/jace.18235
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-538898
ISSN:0002-7820
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:06.12.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:06.12.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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