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Decomposition phenomena of Zn13 Sb10 under working conditions of thermoelectric generators and maximum current densities for electromigration

Jakob, Matthias und Grauer, Maxim und Oeckler, Oliver und Ziolkowski, Pawel (2019) Decomposition phenomena of Zn13 Sb10 under working conditions of thermoelectric generators and maximum current densities for electromigration. ACS Applied Energy Materials. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.9b02138. ISSN 2574-0962.

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Kurzfassung

The mixed ionic-electronic conductor (MIEC) Zn13−δSb10 is a thermoelectric material with high performance at intermediate temperatures and contains only abundant elements. This work evaluates its suitability for thermoelectric applications with respect to thermal instability and decomposition by electromigration of Zn under current flow. In addition to the formation of Zn whiskers, this migration often leads to cracks. Thermoelectric measurements of bulk Zn13−δSb10 (δ ∼ 0.2) prepared by a slow cooling method show zT values of 0.7 at 200 °C. A series of tests under flowing currents with different voltages and current densities on bar-shaped samples was followed by the space-resolved investigation of their composition and its systematical correlation with the Seebeck coefficient. The latter increases upon Zn depletion, especially when ZnSb is formed. At room temperature (RT), Zn migration starts at a voltage of ∼0.01 V, which is much lower than for other MIECs like copper chalcogenides. At higher electrical fields, which may be enhanced by the Seebeck voltage, the amount of deposited Zn at the negative pole increases with the current density even if the transported charge is kept constant.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137187/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Decomposition phenomena of Zn13 Sb10 under working conditions of thermoelectric generators and maximum current densities for electromigration
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jakob, MatthiasInstitute for Mineralogy, Crystallography and Materials Science; Faculty of Chemistry and Mineralogy, Leipzig University, Scharnhorststraße 20, 04275 Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grauer, MaximInstitute for Mineralogy, Crystallography and Materials Science; Faculty of Chemistry and Mineralogy, Leipzig University, Scharnhorststraße 20, 04275 Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oeckler, OliverInstitute for Mineralogy, Crystallography and Materials Science, Faculty of Chemistry and Mineralogy, Leipzig University, Scharnhorststr. 20, 04275 Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Dezember 2019
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acsaem.9b02138
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectrics, Zn13−xSb10, Material degradation, Electromigration, Zn mobility
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Antriebssystem und Energiemanagement (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Frank, Adina
Hinterlegt am:06 Nov 2020 10:36
Letzte Änderung:23 Dez 2020 03:00

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