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On the True Indium Content of In-Filled Skutterudites

Visnow, Eduard und Heinrich, Christophe P. und Schmitz, Andreas und de Boor, Johannes und Leidich, Patrick und Klobes, Benedikt und Hermann, Raphael P. und Müller, Eckhard und Tremel, Wolfgang (2015) On the True Indium Content of In-Filled Skutterudites. Inorganic Chemistry, 54 (16), Seiten 7818-7827. ACS Publications. doi: 10.1021/acs.inorgchem.5b00799. ISSN 0020-1669.

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Kurzfassung

The incongruently melting single-filled skutterudite InxCo4Sb12 is known as a promising bulk thermoelectric material. However, the products of current bulk syntheses contain always impurities of InSb, Sb, CoSb, or CoSb2, which prevent an unbiased determination of its thermoelectric properties. We report a new two-step synthesis of high-purity InxCo4Sb12 with nominal compositions x = 0.12, 0.15, 0.18, and 0.20 that separates the kieftite (CoSb3) formation from the topotactic filler insertion. This approach allows conducting the reactions at lower temperatures with shorter reaction times and circumventing the formation of impurity phases. The synthesis can be extended to other filled skutterudites. High-density (>98%) pellets for thermoelectric characterization were prepared by current-assisted short-time sintering. Sample homogeneity was demonstrated by potential and Seebeck microprobe measurements of the complete pellet surfaces. Synchrotron X-ray diffraction showed a purity of 99.9% product with traces (≤0.1%) of InSb in samples of nominal composition In0.18Co4Sb12 and In0.20Co4Sb12. Rietveld refinements revealed a linear correlation between the true In occupancy and the lattice parameter a. This allows the determination of the true In filling in skutterudites and predicting the In content of unknown AxCo4Sb12. The high purity of InxCo4Sb12 allowed studying the transport properties without bias from side phases. A figure of merit close to unity at 420 °C was obtained for a sample of a true composition of In0.160(2)Co4Sb12 (nominal composition In0.18Co4Sb12). The lower degree of In filling has a dramatic effect on the thermoelectric properties as demonstrated by the sample of nominal composition In0.20Co4Sb12. The presence of InSb in amounts of ∼0.1 vol% led to a substantially lower degree of interstitial site filling of 0.144, and the figure of merit zT decreased by 18%, which demonstrates the significance of the true filler atom content in skutterudite materials.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/100041/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:On the True Indium Content of In-Filled Skutterudites
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Visnow, EduardInstitut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität, Duesbergweg 10-14, D-55099 Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinrich, Christophe P.Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität, Duesbergweg 10-14, D-55099 Mainz, Germany and Graduate School Materials Science in Mainz, Johannes Gutenberg-Universität, Staudinger Weg 9, 55128 Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmitz, AndreasGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leidich, PatrickInstitut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität, Duesbergweg 10-14, D-55099 Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klobes, BenediktJuelich Centre for Neutron Science und P. Gruenberg Inst. PGI, JARA-FIT, FZ Juelich, 52425NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hermann, Raphael P.Peter Grünberg Institut and Jülich Centre for Neutron Science, JARA-FIT, Forschungszentrum Jülich GmbH, D-52425 Jülich, Germany and Faculte des Sciences, Universite de Liege, B-4000, Liege, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, EckhardGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, Germany and Justus Liebig University Giessen, Institute of Inorganic and Analytical Chemistry, 35392 Giessen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tremel, WolfgangInstitut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität, Duesbergweg 10-14, D-55099 Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 August 2015
Erschienen in:Inorganic Chemistry
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:54
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5b00799
Seitenbereich:Seiten 7818-7827
Verlag:ACS Publications
ISSN:0020-1669
Status:veröffentlicht
Stichwörter:filled skutterudites, thermoelectric material
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Fahrzeugenergiesystem III (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Zabrocki, Dr. Knud
Hinterlegt am:27 Nov 2015 09:46
Letzte Änderung:28 Nov 2023 08:42

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