elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Mg2Si-based thermoelectric materials and devices: progress and challenges, in particular interdiffusion phenomena

de Boor, J. und Duparchy, Amandine und Sankhla, Aryan und Ghosh, Sanyukta und Oppitz, Gregor und Ziolkowski, Pawel und abdelbaky, Mohamed und Mertin, wolfgang und Ryu, Byungki und Park, SuDong und Müller, Wolf Eckhard (2024) Mg2Si-based thermoelectric materials and devices: progress and challenges, in particular interdiffusion phenomena. Mg2Si-based thermoelectric materials and devices: progress and challenges, in particular interdiffusion phenomena, 2024-02-27, Trivandrum, India.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Kurzfassung

Alternative thermoelectric materials that can substitute the commercially dominant bismuth telluride technology are highly desirable for heat conversion and thermal management applications. Magnesium silicide based solid solutions Mg2X (X = Si, Ge, Sn) are among the most promising thermoelectric (TE) materials due to very good thermoelectric properties, low cost of raw materials and environmental compatibility. We have demonstrated technological maturity with prototypes of p- and n-type Mg2X and p-MgAgSb/n-Mg2X, the latter reaching conversion efficiencies > 6.5% and power densities of ~1 W/cm2, comparable in performance to commercial bismuth telluride modules. However, stable thermoelectric properties are of utmost importance for successful large-scale application. Intrinsic defects like Mg interstitials and Mg vacancies affect the properties of Mg2X significantly, therefore Mg diffusion is a potential concern here. Annealing experiments and in-situ measurements at high temperature show that degradation of Mg2X is a two-step process, where in the first step loosely bound excess Mg sublimates from the surface, reducing the charge carrier concentration, and only in the second step, after the solubility limit of Mg vacancies has been reached, Mg2X decomposes into other phases. Variation of the annealing temperature allows us to develop a kinetic model which can be used to predict material stability at different application temperatures, we also find indications that this process can be decelerated by sealing of the surfaces. Furthermore, we find that diffusion phenomena are relevant even at room temperature, changing the thermoelectric properties on a scale of months to years if stored under laboratory atmosphere. Microstructural investigations by SEM, EDX and AFM indicate that the observed changes are related to Mg diffusion inside the material, in line with conclusions from high temperature experiments. They furthermore show that the diffusion constant is approximately independent of the Si:Sn ratio of the material. Comparison of different microscopic mechanisms of bulk diffusion by first-principles calculations reveals that Mg transport via Mg vacancies is the most relevant mechanism and the increase in vacancy density explains the experimentally observed faster change of Sn-rich Mg2X.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210911/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Mg2Si-based thermoelectric materials and devices: progress and challenges, in particular interdiffusion phenomena
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
de Boor, J.German Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Duparchy, Amandineamandine.duparchy (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sankhla, Aryangerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1527-6902NICHT SPEZIFIZIERT
Ghosh, SanyuktaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oppitz, GregorGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelPawel.Ziolkowski (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1519-6803NICHT SPEZIFIZIERT
abdelbaky, MohamedNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mertin, wolfgangNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ryu, ByungkiEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, SuDongEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, Wolf EckhardEckhard.Mueller (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelektrik
Veranstaltungstitel:Mg2Si-based thermoelectric materials and devices: progress and challenges, in particular interdiffusion phenomena
Veranstaltungsort:Trivandrum, India
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:27 Februar 2024
Veranstalter :IGWTEA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Radiothermogeneratoren als autarke Stromquellen Mondbasis
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Rossmeier, Matthias
Hinterlegt am:23 Jan 2025 08:23
Letzte Änderung:23 Jan 2025 08:23

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.