Väitös epäorgaanisten materiaalien kemian alalta, M. Sc. Sajida Kousar

Väitöskirjan nimi: Exploring Co(Sb,Ge)(S,Se,Te) and CuCr(S,Se)₂ for enhanced thermoelectric performance

Tohtoriopiskelija: M.Sc. Sajida Kousar 
Vastaväittäjä: Dr. Emmanuel Guilmeau, CNRS Director of research, Laboratoire CRISMAT, Ranska
Kustos: professori Maarit Karppinen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Tässä väitöskirjassa tutkitaan uusia termosähköisiä materiaaleja lämmön muuntamiseksi sähköksi. Tällaisten kehittyneiden materiaalien löytäminen on olennainen askel kohti kestäviä energiaratkaisuja. Termosähkölaitteet tuottavat energiaa suoraan erilaisista hukkalämmön lähteistä ilman haitallisia sivutuotteita tai liikkuvia osia, ja niillä on suurta potentiaalia muun muassa mobiili- ja puettavien laitteiden virtalähteinä sekä teollisuuden hukkalämmön hyödyntämisessä. Nykyiset termosähköteknologiat perustuvat kuitenkin usein harvinaisiin tai myrkyllisiin alkuaineisiin, mikä rajoittaa niiden laajamittaista käyttöä ja pitkäaikaista soveltuvuutta.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi väitöskirjassa tutkittiin kahta ympäristöystävällistä termosähköistä materiaalia, CoSbS ja CuCrS₂, jotka koostuvat edullisista ja runsaasti saatavilla olevista alkuaineista. Merkittävä havainto oli CoSbS:n ainutlaatuinen bipolaarinen ominaisuus, joka yksinkertaistaa termosähkögeneraattoreiden suunnittelua ja parantaa niiden sovellettavuutta monenlaisiin käyttötarkoituksiin. Tutkimuksessa onnistuttiin parantamaan CoSbS:n ominaisuuksia lisäämällä pieni määrä germaniumia, mikä kasvatti sähkönjohtavuutta ja vähensi lämmönjohtavuutta – molemmat tärkeitä paremman termosähköisen hyötysuhteen saavuttamiseksi. Tämän ansiosta CoSbS pystyy muuntamaan lämpöä sähköksi entistä tehokkaammin. Myös CuCrS₂:n lämmönjohtavuutta pystyttiin merkittävästi vähentämään korvaamalla rikkiä seleenillä, mikä teki siitä paremmin soveltuvan tehokkaaseen hukkalämmön termosähköiseen muuntamiseen sähköksi.

Nämä havainnot tarjoavat arvokasta tietoa termosähköteknologian tulevaisuudesta ja tukevat kestävien, kustannustehokkaiden ja mukautuvien materiaalien kehittämistä, mikä voi tehdä hukkalämmön hyödyntämisestä käytännöllisempää ja merkityksellisempää. Tämä tutkimus edistää fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämistä ja tukee kestävämmän energiaympäristön luomista.
 

→Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä)

Yhteystiedot:
Sajida Kousar
[email protected]

→Kemian tekniikan korkeakoulun väitöskirjat

Zoom pikaopas