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Structure, Phase Composition and Thermoelectric Properties of YbxCo4Sb12 and Their Dependence on Synthesis Method

Ryll, Britta und Schmitz, Andreas und de Boor, Johannes und Franz, Alexandra und Whitfield, Pamela S. und Reehuis, Manfred und Hoser, Andreas und Müller, Eckhard und Habicht, Klaus und Fritsch, Katharina (2017) Structure, Phase Composition and Thermoelectric Properties of YbxCo4Sb12 and Their Dependence on Synthesis Method. ACS Applied Energy Materials. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.7b00015. ISSN 2574-0962.

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Kurzfassung

We present a combined microscopic and macroscopic study of YbxCo4Sb12 skutterudites for a range of nominal filling fractions, 0.15 < x < 0.75. The samples were synthesized using two different methods - a melt-quench-annealing route in evacuated quartz ampoules and a non-equilibrium ball mill route - for which we directly compare the crystal structure and phase composition as well as the thermoelectric properties. Rietveld refinements of high-quality neutron powder diffraction data reveal an about 30-40% smaller Yb occupancy on the crystallographic 2a site than nominally expected for both synthesis routes. We observe a maximum filling fraction of at least 0.439(7) for a sample synthesized by the ball mill routine, exceeding theoretical predictions of the filling fraction limit of 0.2-0.3. A single secondary phase of CoSb2 is observed in ball-mill-synthesized samples, while two secondary phases, CoSb2 and YbSb2, are detected for samples prepared by the ampoule route. A detrimental influence of the secondary phases on the thermoelectric properties is observed for secondary phase fractions larger than 8 wt% regardless of the kind of secondary phase. The largest figure of merit of all samples with a ZT~1.0 at 723K is observed for the sample with a refined Yb content of x2a = 0.159(3), synthesized by the ampoule route.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/116970/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Structure, Phase Composition and Thermoelectric Properties of YbxCo4Sb12 and Their Dependence on Synthesis Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ryll, BrittaHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, 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, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Franz, AlexandraHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Whitfield, Pamela S.Chemical and Engineering Materials Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831, USA and Excelsus Structural Solutions PARK InnovAARE, 5234 Villigen, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reehuis, ManfredHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoser, AndreasHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, GermanyNICHT 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
Habicht, KlausHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, Germany and Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam, Karl-Liebknecht-Straÿe 24-25, 14476 Potsdam, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fritsch, KatharinaHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner Platz 1, 14109 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Dezember 2017
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1021/acsaem.7b00015
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectric materials, Skutterudite, Melt-quench-anneal, Ball mill, Neutron powder diff�raction, Thermoelectric properties, �Figure of merit
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Bodengebundener Verkehr (alt)
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V BF - Bodengebundene Fahrzeuge
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC-Antriebsstrang (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:12 Dez 2017 16:51
Letzte Änderung:19 Nov 2021 20:36

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