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Probing Thermal Stability of Cu-Contacted Mg2X-Based Solid Solutions (X=Si, Sn) at Elevated Temperatures: Understanding Degradation Mechanisms

Deshpande, R. und Bahrami, Amin und Kreps, Frederic und He, Ran und Ying, Pingjun und Nielsch, Kornelius und Müller, Wolf Eckhard und de Boor, J. (2024) Probing Thermal Stability of Cu-Contacted Mg2X-Based Solid Solutions (X=Si, Sn) at Elevated Temperatures: Understanding Degradation Mechanisms. PhD workshop IFW dresden, 2024-09-09 - 2024-09-10, Köln.

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Kurzfassung

Mg₂X (X =Si, Sn)-based solid solutions are promising candidates for mid-to-high temperature waste heat recovery, but developing long-term stable thermoelectric generators (TEG) remains challenging. While Mg2X demonstrates excellent thermoelectric performance, it is susceptible to Mg loss, causing changes in carrier concentration through the formation of intrinsic defects. More severe degradation has furthermore been observed for samples following contacting with a metal electrode, posing an additional challenge for TEG technology advancement. We propose Atomic Layer Deposition (ALD) to first enhance the material stability by suppression of Mg sublimation and second to differentiate between the different degradation mechanisms occurring at high operating temperatures. Our primary results from integral electrical conductivity and Seebeck coefficient measurements on coated samples without a Cu electrode at 450°C show enhanced stability, while spatially resolved mappings indicate comparable degradation rates for both coated and uncoated samples with Cu electrodes. This confirms Mg-Cu interdiffusion as the primary degradation mechanism for contacted samples with a higher relevance than Mg sublimation. Finally, Wavelength-Dispersive Spectroscopy is used to reveal that the observed reduction in charge carrier concentration during contacting is primarily due to Mg diffusing into the Cu electrode, not by the diffusion of Cu into the TE material as speculated previously, making this study the first to experimentally demonstrate the relevance of Mg loss into the electrode. By combining ALD coating to inhibit Mg loss with micro¬structural analysis, we present a novel methodology to distinguish degradation mechanisms, enabling future advancements in Mg2 (Si,Sn)-based TEGs

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211856/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Probing Thermal Stability of Cu-Contacted Mg2X-Based Solid Solutions (X=Si, Sn) at Elevated Temperatures: Understanding Degradation Mechanisms
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Deshpande, R.German aerospace center, institute of materials research, köln, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bahrami, AminLeibniz Institute of Solid State and Materials Science, 01069 Dresden, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kreps, FredericFrederic.Kreps (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
He, RanLeibniz Institute of Solid State and Materials Science, 01069 Dresden, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ying, PingjunLeibniz Institute of Solid State and Materials Science, 01069 Dresden, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nielsch, KorneliusInstitute of Materials Science, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, Wolf EckhardEckhard.Mueller (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, J.German Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Probing Thermal Stability of Cu-Contacted Mg2X-Based Solid Solutions (X=Si, Sn) at Elevated Temperatures: Understanding Degradation Mechanisms
Veranstaltungstitel:PhD workshop IFW dresden
Veranstaltungsort:Köln
Veranstaltungsart:Workshop
Veranstaltungsbeginn:9 September 2024
Veranstaltungsende:10 September 2024
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Rossmeier, Matthias
Hinterlegt am:11 Feb 2025 08:09
Letzte Änderung:11 Feb 2025 08:09

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