Estrategia de selección para el desarrollo de materiales de interfaz termoeléctrica

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Conversión de energía

Sus antecedentes:

• Los generadores termoeléctricos requieren materiales de interfaz estables para una conversión de energía eficiente.
• Los materiales de interfaz termoeléctrica (TEiM) actuales a menudo carecen de estabilidad de rendimiento.
• La selección TEiM convencional se basa en gran medida en la experimentación empírica de prueba y error.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia de cribado predictivo para materiales de interfaz termoeléctrica fiables (TEiM).
• Identificar un TEiM estable para dispositivos termoeléctricos de alto rendimiento basados en MgAgSb.
• Demostrar la eficacia de un enfoque computacional para acelerar el descubrimiento de materiales.

Principales métodos:

• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para las predicciones del diagrama de fase.
• Integración de los datos del diagrama de fases con los análisis de la resistividad eléctrica y del punto de fusión.
• Fabricación experimental y ensayo de módulos termoeléctricos utilizando TEiM seleccionados.

Principales resultados:

• MgCuSb identificado como un TEiM confiable para MgAgSb, mostrando estabilidad después de un recocido prolongado a alta temperatura.
• Se obtiene una baja resistividad de contacto interfacial (<1 microhm cm2) en la unión MgCuSb/MgAgSb.
• Fabricado un módulo termoeléctrico con una eficiencia de conversión del 9,25% bajo un gradiente de temperatura de 300 K.

Conclusiones:

• Una estrategia de detección basada en el diagrama de fases DFT identifica eficazmente los TEiM estables.
• MgCuSb es un TEiM prometedor para aplicaciones termoeléctricas de alto rendimiento.
• La estrategia desarrollada puede aplicarse ampliamente para avanzar en el desarrollo de materiales termoeléctricos.