Добавить новость
smi24.net
News in English
Январь
2024

Towards Realizing Eco-Friendly and High-Performance Thermoelectric Materials

0

In a new study, environmentally benign inverse-perovskites with high energy conversion efficiency have been reported by Tokyo Tech scientists with potential for practical application as thermoelectric materials (TEMs). Addressing the limitations typically faced with TEMs, such as insufficient energy conversion efficiency and environmental toxicity due to heavy elements, the new TEMs provide a suitable alternative to TEMs based on toxic elements with better thermoelectric properties than conventional eco-friendly TEMs.

Thermoelectric materials (TEMs) capable of converting thermal energy to electrical energy and vice versa have become an essential part of our world, which needs better waste-energy harvesting systems and cooling systems for electronic gadgets.

The energy conversion efficiency of TEMs depends on a dimensionless figure of merit (ZT), which is a product of two different factors: the inverse of thermal conductivity (κ) and the power factor (PF).

A high-performance TEM exhibits a high ZT if it possesses low κ and high PF. Over the years, scientists developed several high-performance heavy metal chalcogenide-based TEMs, such as Bi2Te3 and PbTe, that fulfill these criteria. While these materials were ideal for energy conversion, they were toxic to the environment and the health of living organisms—they contained toxic heavy elements, such as lead (Pb) and tellurium (Te), which limited their practical applications. On the other hand, although oxide-based TEMs, such as SrTiO3, have several advantages of non-toxicity and abundant natural resources, their ZT has been limited due to their high κ.

To address this, a research team led by Associate Professor Takayoshi Katase from Tokyo Institute of Technology explored efficient yet environmentally benign toxic-element-free TEMs. In their recent study published in Advanced Science, the researchers presented "inverse"-perovskite-based high ZT TEMs with the chemical formula Ba3BO, where B refers to silicon (Si) and germanium (Ge).

"Unlike normal perovskites, such as SrTiO3, the positions of cation and anion sites are inverted in inverse-perovskites Ba3BO. So, they contain a large amount of the heavy element, Ba, and their crystal structure is formed by a soft flamework made up of weak O-Ba bonds. These characteristics realize the low κ in inverse-perovskites," says Dr. Katase, elaborating on the standout properties of the materials.

The research team clarified the synthesized bulk polycrystals of Ba3BO possess extremely low κ of 1.0–0.4 W/mK at a T of 300-600 K, which is lower than those of Bi2Te3 and PbTe bulks. As a result, the Ba3BO bulks exhibit rather high ZT of 0.16-0.84 at T = 300-623 K. Additionally to the promising experimental results, the team carried out theoretical calculations which predicted a potential maximum ZT of 2.14 for Ba3SiO and 1.21 for Ba3GeO at T = 600 K by optimizing hole concentration. The maximum ZT of these non-toxic TEMs is much higher than that of other eco-friendly TEMs and comparable to the toxic heavy element ones in the same temperature range.

In addition, the team clarified that the high ZT of Ba3BO is due not only to its low κ but also its high PF: B ion, which usually behaves as a positively charged cation but as a negatively charged anion in Ba3BO. The B anions are responsible for the carrier transport, which achieves high PF.

In summary, this study validates the potential of the newly designed Ba3BOas a high-performing and eco-friendly alternative to conventional toxic, heavy element-based TEMs. The results establish inverse-perovskites as a promising option for developing advanced environmentally benign TEMs. In this regard, Dr. Katase concludes, "We believe that our unique insight into designing high ZT materials without using toxic elements would have a strong impact on the materials science and chemistry communities as well as among innovators looking to expand the horizon of thermoelectric material applications beyond laboratories into our everyday life."

Reference

Authors :
Xinyi He1, Shigeru Kimura1, Takayoshi Katase1, Terumasa Tadano2, Satoru Matsuishi1,3, Makoto Minohara4, Hidenori Hiramatsu1,5, Hiroshi Kumigashira6, Hideo Hosono1,3, and Toshio Kamiya1
Title :
Inverse-Perovskite Ba3BO (B = Si and Ge) as a High Performance Environmentally Benign Thermoelectric Material with Low Lattice Thermal Conductivity
Journal :
Advanced Science
DOI :
Affiliations :

1 Research Center for Element Strategy, International Research Frontiers Initiative, Tokyo Institute of Technology, Japan

2 Research Center for Magnetic and Spintronic Materials, National Institute for Materials Science, Japan

3 Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science, Japan

4 Research Institute for Advanced Electronics and Photonics, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan

5 Laboratory for Materials and Structures, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, Japan

6 Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University, Japan

Further Information

Associate Professor Takayoshi Katase

MDX Research Center for Element Strategy, International Research Frontiers Initiative, Tokyo Institute of Technology

Email katase@mces.titech.ac.jp
Tel +81-45-924-5314

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975








Участники Первенства России по стрельбе из лука остановились в Marins Park Hotel Новосибирск

«Абзац»: Валерий Меладзе отказался давать концерты в РФ

Музыкант Алексей Фомин поделился историей о его отношениях с друзьями

Музыкант Алексей Фомин рассказал о его друзьях


The surprising reason fewer people are dying from extreme weather

Bob Arum Says One Current World Champion Beats Prime Floyd Mayweather: “He’s A Very Unique Talent”

Nvidia’s Jensen Huang hauled before China’s cyber cops to explain ‘backdoor safety risks’ in H20 chips

The Federal Reserve’s power: Congress giveth and Congress can taketh away


Стали известны характеристики нового российского кроссовера Tenet T8

Город Бакуракерт на полуострове Ланжерон

В Корпоративном университете «ЛокоТех» за первое полугодие 2025 года обучено более 2500 человек и создано 8 новых программ

Стали известны подробности убийства детского тренера под Екатеринбургом


If you'd like to see Meta's AI gunk purged from WhatsApp, a new antitrust investigation in Italy might just do the trick

The next survival game from the developers of Green Hell plops you on an alien planet with atmospheric firestorms and a horde of giant spiders

Разработчики The Seven Deadly Sins: Origin ответили на частые вопросы игроков

«Деньги не пахнут»: Как Blox World наживается на доверии игроков Roblox



Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs

Сахар на вес золота: как изобретение инсулина изменило медицину

Кабинет Артиста.

Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.


Москва: 4 августа ожидается рекордный дождь с осадками до 80 мм

Сахар на вес золота: как изобретение инсулина изменило медицину

Москва превратится в Таиланд. Климатолог Клименко сделал прогноз на 10 лет

В Корпоративном университете «ЛокоТех» за первое полугодие 2025 года обучено более 2500 человек и создано 8 новых программ


Видео: Скандал в Пентагоне на руку Москве

Первый самолет из Петербурга прибыл в новый аэропорт Геленджика

В России официально появится новый профессиональный праздник

Третью подряд победу со счетом 1:0 одержал воронежский «Факел»


Хачанов обыграл Рууда и вышел в 1/4 финала турнира в Торонто

Калинская вышла в третий раунд турнира в Монреале

Новак Джокович вошел в число инвесторов футбольного клуба

Мирра Андреева получила травму в матче турнира WTA в Монреале


Приговор вычислили по радиоприборам // Назначены сроки за аферу с оборудованием для береговой охраны погранслужбы

Глава азербайджанской диаспоры на Урале сдаёт своих: После повторного задержания запел по-другому

Рособрнадзор опроверг сообщения о «аномальном» числе стобалльников на ЕГЭ

На матче «Зенит» - ЦСКА зафиксирован рекорд по посещаемости


Музыкальные новости

Российская оперная певица Аида Гарифуллина выступит с итальянским тенором Андреа Бочелли в Узбекистане

Жена Басты опубликовала фото в откровенном наряде

Игорь Бутман отменил концерты в США и Европе, поддержав российскую политику

Оззи Осборна похоронили в саду его особняка


Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.

Москва лидирует по числу миллионеров: 28 тысяч получают свыше 1 млн рублей

Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs

Москва превратится в Таиланд. Климатолог Клименко сделал прогноз на 10 лет


Это порождает вседозволенность мигрантов — Никита Михалков жёстко рассказал о проблеме миграции (ВИДЕО)

Забайкальский филиал "ЛокоТех-Сервис" показал уверенный рост в первом полугодии

Сооружения сервисного участка «Свердловск-Пассажирский» стали арт-объектом

Лавров: Милитаризация Европы угрожает безопасности и игнорирует ОБСЕ


Собянин: Открыт пешеходный переход через МЦД-2 между Щербинкой и Остафьевом

В результате ДТП на Волгоградском проспекте в Москве пострадали шесть человек

Шесть человек пострадали в крупной аварии на Волгоградском проспекте в Москве

ДТП на юго-востоке Москвы: пострадали четыре человека, включая пешеходов


Путин отметил, что железнодорожники успешно обеспечивают снабжение вооруженных сил

Путин анонсировал скоростную трассу Москва-Петербург к 2028 году

Путин заявил о высокой популярности скоростных железных дорог среди россиян

Путин рассказал о развитии железнодорожной отрасли России


Руководитель РФПИ охарактеризовал переписку фон дер Ляйен с Pfizer как позорный инцидент

Исследование показывает зависимость между темпами развития COVID-19 и уровнем смертности



Ученые выяснили, какие болезни погубили войска Наполеона в 1812 году

Напавший с ножом на людей в Москве был на учёте в психоневрологическом диспансере

«Такие жирные». У мужчины обнаружили страшное заболевание из-за ресторанов

Букин поделился причинами, почему он не придерживается диеты


В Киеве показательно вскрыли «гнездо» коррупции: Зеленский устроил целый политический театр


Теннисистка Ярослава Барташевич: Спорт полностью меняет характер

Карпин о «Динамо»: «У нас нехватка кадров, так скажем. Говорить про “довольны”, “недовольны” — мне надо командой заниматься. А трансферная кампания — прерогатива клуба. Кто&nbs

Спелеолог Алексей Акимов: По годовым кольцам сталактитов можно узнать прошлое Земли

Галактионов подвел итог игры с "Нижним Новгородом"



Собянин: Открыт пешеходный переход через МЦД-2 между Щербинкой и Остафьевом

Сергей Собянин открыл просторный переход между станциями Щербинка и Остафьево

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин: Количество цветников в Москве с 2010 года увеличено почти в 2,5 раза


"Роскосмос" продемонстрировал изображение циклон, спровоцировавшего грозу в Москве

Конец истории: тополиный пух может навсегда исчезнуть из Москвы

В Грозном планируют возвести предприятие по переработке отходов

Ликсутов сообщил об открытии велопроката на территории ОЭЗ «Технополис Москва»


VI летняя Спартакиада молодёжи России 2025 года по гребле на байдарках и каноэ завершилась! 

Экстремальные погодные явления в Центральной России участились на 18%

Рособрнадзор опроверг сообщения о «аномальном» числе стобалльников на ЕГЭ

Главу диаспоры вернули из розыска // Лидер уральских азербайджанцев задержан по двум делам сразу


Аномальная жара: До +41 °С в Чечне и Ингушетии, +30 °С в Карелии и Архангельске

В администрации муниципального образования «Городской округ «Город Нарьян-Мар» выявлены нарушения законодательства о противодействии коррупции

Архангельская область. СМИ зовут прокуроров в дорогу

Бизнесмен из Подмосковья пытался испортить деньгами честного нарьянмарца


Крыму и еще 27 регионам списали долги по бюджетным кредитам на 58 млрд

Задержка поездов в Крым и из Крыма – актуальные данные

Цены на новостройки в июле 2025 года: Севастополь лидирует, Симферополь чуть отстаёт

Задержка поездов в Крым и из Крыма: свежие данные


За что пассажиры поездов не любят 3 и 6 купе - и в купейном, и в плацкартном вагоне

Константин Мельников родился в доме Николая Бенуа

Рособрнадзор опроверг сообщения о «аномальном» числе стобалльников на ЕГЭ

Экстремальные погодные явления в Центральной России участились на 18%














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *