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Microstructural effects on thermoelectric efficiency: A case study on magnesium silicide

de Boor, Johannes und Dasgupta, Titas und Kolb, Hendrik und Compere, Camille und Kelm, Klemens und Müller, Eckhard (2014) Microstructural effects on thermoelectric efficiency: A case study on magnesium silicide. Acta Materialia, 77, Seiten 68-75. Elsevier. doi: 10.1016/j.actamat.2014.05.041. ISSN 1359-6454.

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Kurzfassung

Carrier transport and conversion efficiency of thermoelectric materials is not only governed by the intrinsic bulk material properties, but often heavily influenced by microstructural effects. Using Mg2Si—a very attractive, non-toxic and abundant material—as an example, the authors investigate the microstructural effects on thermoelectric transport in the material. Combining microstructural analysis (scanning electron microscopy, X-ray diffraction) with high-temperature transport measurements (Seebeck coefficient, electrical and thermal conductivity, charge carrier mobility), it is verified that small amounts of impurity phases can heavily impair electrical transport. Further electron microscopy studies confirm MgO functioning as a scattering center at the grain boundaries of the material. The effect of the impurity phases on the transport properties can be understood in a simple transport model based on a single parabolic band including grain boundary scattering. The model can be employed to assess material parameters such as the phonon deformation potential, the barrier height of the grain boundaries and the average size of the grains. Furthermore, the detrimental effect of MgO on thermoelectric efficiency is quantified. Compared with Sb-doped Mg2Si with optimized properties, a few per cent MgO decreases the average thermoelectric figure of merit by 30%.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/92545/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Microstructural effects on thermoelectric efficiency: A case study on magnesium silicide
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
de Boor, JohannesGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Dasgupta, TitasGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kolb, HendrikGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Compere, CamilleGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kelm, KlemensGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, 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
Datum:27 Juni 2014
Erschienen in:Acta Materialia
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:77
DOI:10.1016/j.actamat.2014.05.041
Seitenbereich:Seiten 68-75
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-6454
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Silicides; Thermoelectric; Grain boundary scattering; High-temperature transport; Magnesium oxide
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Bodengebundener Verkehr (alt)
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V BF - Bodengebundene Fahrzeuge
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:01 Dez 2014 10:36
Letzte Änderung:20 Nov 2023 14:34

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