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Erschienen in: Journal of Sol-Gel Science and Technology 3/2018

23.01.2018 | Original Paper: Sol-gel and hybrid materials for energy, environment and building applications

Improving the thermoelectric performance and thermal stability of Ca3Co4O9 + δ ceramics by sintering in oxygen atmosphere

verfasst von: Cullen Boyle, Liang Liang, Cesar-Octavio Romo-De-La-Cruz, Robert Johnson, Yun Chen, Jacky Prucz, Ercan Cakmak, Thomas R. Watkins, Edgar Lara-Curzio, Xueyan Song

Erschienen in: Journal of Sol-Gel Science and Technology | Ausgabe 3/2018

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Abstract

We report on the influence of sintering gas atmosphere on the thermoelectric (TE) performance of Ca3Co4O9 + δ ceramics made from precursor powders synthesized using chemical sol–gel route. Two sets of polycrystalline pellets were sintered in air and oxygen atmosphere, respectively. Sintering gas atmosphere and sintering temperature were found to have great influence on the Ca3Co4O9 + δ crystal orientation and formation of the Co3O4 secondary phase. All samples, regardless of sintering atmosphere, had similar Seebeck coefficients S that increased with measurement temperature. By contrast, the electrical resistivity ρ changed dramatically as the sintering temperature and atmosphere changed. For samples sintered in air, when the sintering temperature is above 1193 K, ρ increased as the sintering temperature increased. For samples sintering in oxygen, ρ decreased monotonically as the sintering temperature increased up to 1253 K. Benefited from the reduced ρ, the electrical power factor of the sample sintered in the oxygen at 1253 K is 0.539 mW m−1 K−2, and 40% greater than that from the sample sintered at 1193 K in air. Dimensionless figure-of-merit ZT of the sample sintered at 1253 K in oxygen is 0.28 at 1073 K, which is 20% greater than that of samples sintered in air at 1193 K. Overall, the highest TE performance was obtained for Ca3Co4O9 + δceramics sintered in oxygen at 1253 K, which is significantly higher than the Ca3Co4O9 + δ decomposition temperature of 1199 K in air.

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Metadaten
Titel
Improving the thermoelectric performance and thermal stability of Ca3Co4O9 + δ ceramics by sintering in oxygen atmosphere
verfasst von
Cullen Boyle
Liang Liang
Cesar-Octavio Romo-De-La-Cruz
Robert Johnson
Yun Chen
Jacky Prucz
Ercan Cakmak
Thomas R. Watkins
Edgar Lara-Curzio
Xueyan Song
Publikationsdatum
23.01.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Sol-Gel Science and Technology / Ausgabe 3/2018
Print ISSN: 0928-0707
Elektronische ISSN: 1573-4846
DOI
https://doi.org/10.1007/s10971-017-4572-z

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