Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Calciumcobaltit ist eines der vielversprechendsten thermoelektrischen Oxide, welche zur direkten Wärmerückgewinnung genutzt werden können. Calciumcobaltit weist sowohl eine anisotrope Partikelform als auch anisotrope thermoelektrische Eigenschaften auf. Durch gezielte Ausrichtung der Partikel mittels Foliengießens und druckunterstützter Sinterung kann diese Anisotropie gezielt auf ein Bauteil übertragen werden. Die Partikelmorphologie kann durch Dotierung und Kalzinierung beeinflusst werden. Verschiedene Calciumcobaltitpulver wurden druckgesintert und das Gefüge sowie die thermoelektrischen Eigenschaften untersucht. Die Dotierung mit Bismut führte zu einer Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit bei druckgesinterten Proben im Gegensatz zu undotierten Pulvern.
Influence of solid-state-synthesis conditions on properties of oxide thermoelectric materials
(2017)
Calcium cobaltite and calcium manganate are promising oxide thermoelectric materials for applications between 600 °C and 900 °C in air to convert waste heat directly into electrical power. The solid state reaction, well known for large scale powder synthesis of functional materials, is used for the production of thermoelectric oxides. As a high temperature process, the powder synthesis consumes a lot of energy. In different studies, different synthesis conditions were used for the preparation of calcium cobaltite and calcium manganate powder. To the author’s knowledge, a systematic study of the synthesis conditions of calcium cobaltite and calcium manganate has not yet been published.
Therefore, the synthesis conditions for calcium cobaltite (temperature, dwell time, and particle size of raw materials) were studied with a statistical design of experiments (2³) and investigated regarding phase composition (XRD), densification and thermoelectric properties. The gained knowledge was used to optimize the solid state reaction of calcium manganate.
This study showed that a higher energy input (elevated temperatures, longer dwell times, or repeated calcinations) during powder synthesis does not improve but deteriorate the thermoelectric properties of calcium cobaltite. The same correlation was determined for the densification. As a higher energy input during powder synthesis leads to a larger grain size and therefore to a reduced sinter activity the densification at a given sinter profile is minimize as well as the thermoelectric properties. These results can be used to minimize the energy demand for the powder synthesis of oxide thermoelectric materials.