A robust thermoelectric module based on MgAgSb/Mg3(Sb,Bi)2 with a conversion efficiency of 8.5% and a maximum cooling of 72 K

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Pingjun Ying - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Lennart Wilkens - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Heiko Reith - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Nicolas Perez Rodriguez - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Xiaochen Hong - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Bergische Univertsität Wuppertal (Autor:in)
  • Qiongqiong Lu - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Christian Hess - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Bergische Univertsität Wuppertal (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Institut für Angewandte Physik (IAP), Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Ran He - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

The applications of thermoelectric (TE) technology around room temperature are monopolized by bismuth telluride (Bi2Te3). However, due to the toxicity and scarcity of tellurium (Te), it is vital to develop a next-generation technology to mitigate the potential bottleneck in raw material supply for a sustainable future. Hereby, we develop a Te-free n-type compound Mg3Sb0.6Bi1.4 for near-room-temperature applications. A higher sintering temperature of up to 1073 K is found to be beneficial for reducing the electrical resistivity, but only if Mg is heavily overcompensated in the initial stoichiometry. The optimizations of processing and doping yield a high average zT of 1.1 in between 300 K and 573 K. Together with the p-type MgAgSb, we demonstrate module-level conversion efficiencies of 3% and 8.5% under temperature differences of 75 K and 260 K, respectively, and concomitantly a maximum cooling of 72 K when the module is used as a cooler. Besides, the module displays exceptional thermal robustness with a < 10% loss of the output power after thermal cycling for ∼32 000 times between 323 K and 500 K.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)2557-2566
Seitenumfang10
FachzeitschriftEnergy and Environmental Science
Jahrgang15
Ausgabenummer6
PublikationsstatusVeröffentlicht - 26 Apr. 2022
Peer-Review-StatusJa