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赵新兵教授团队朱铁军教授小组最新成果在Nature Communications发表

编辑:admin 日期:2015-09-08 15:03 访问次数:3460

    材料学院、硅材料国家重点实验室赵新兵教授课题组朱铁军教授指导的博士生付晨光在新型高优值half-Heusler高温热电材料方面的研究取得重要进展,相关论文“Realizing high figure of merit in havey-band p-type half-Heusler thermoelectric materials”于9月2日在线发表于国际著名学术期刊Nature Communications (IF=11.47)。
    固体热电技术是一种能够直接进行热能与电能可逆转换的绿色新型能源技术。提高热电材料的转换效率对于推动该技术在余热废热发电等领域的应用具有着重要意义。作为一种非常有潜力的高温热电材料,half-Heusler化合物具有组成元素价格低廉、无毒、稳定性高和力学性能优异等特点。但其相对较低的转换效率阻碍了该体系的实际应用。
    该工作主要围绕新型p型FeNbSb基half-Heusler化合物展开,在他们前期已有研究的基础上(Adv. Energy Mater., 4, 1400600, 2014; Energy Environm. Sci. 8, 216-220, 2015),选择重元素Hf掺杂,同时实现了FeNbSb体系的电学性能及热导率的解耦,使得热电优值显著改善,在1200K时高达1.5,这是目前half-Heusler热电材料获得的最高值,也显著优于目前已知的其他典型高温热电材料。
    基于此高性能的p型FeNb1-xHfxSb化合物以及目前最好的n型ZrNiSn基half-Heusler化合物,他们与中科院上海硅酸盐研究所陈立东研究员课题组合作设计组装了8×8的原型高温热电模块。实验测试表明,该模块的转换效率在655K温差下约为6.2%,功率密度可达2.2 W/cm2。通过理论估计,进一步提高温差以及降低界面热阻,该热电模块转换效率可达12%以上。这一研究成果对于half-Heusler热电材料作为高温功率发电应用有着现实的推动作用。
    
图1 、多种高温热电材料的热电优值对比。图2、half-Heusler热电模块及其转换效率。
 
    此外,鉴于该课题组近年来在half-Heusler热电材料体系的重要贡献,朱铁军教授应邀为材料领域著名期刊Adv. Energy Mater.(IF=16.146) 撰写了关于half-Heusler热电材料的综述文章“High Efficiency Half-Heusler Thermoelectric Materials for Energy Harvesting”,该论文亦已于近期发表(Adv. Energy Mater., 1500588, 2015)。赵新兵教授课题组近年来已在高水平期刊Adv. Energy Mater.上发表学术论文4篇,Adv. Funct. Mater. 上3篇,Energy Environm. Sci.上2篇, NPG Asia Mater.上1篇。
    以上研究工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金,教育部新世纪优秀人才,硅材料国家重点实验室以及浙江省电池新材料与应用技术重点实验室的资助。
 
论文链接:
    


 
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