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Thermoelectricity in metal-organic perovskites: recycling waste energy heat as electricity

Descrizione del progetto

Perovskiti metallorganiche per una termoelettricità efficiente

I materiali termoelettrici sono in grado di convertire direttamente il calore in energia elettrica e viceversa. Dispositivi termoelettrici performanti potrebbero essere utilizzati per recuperare il calore di scarto nei settori della fabbricazione, dei trasporti pesanti e della cogenerazione allo scopo di ridurre la domanda energetica e l’impronta dei gas a effetto serra. Il seleniuro di stagno (SnSe) è il materiale più avanzato per la termoelettricità di prossima generazione grazie alle sue elevate prestazioni termoelettriche e all’intrinseca struttura stratificata. La sua produzione su larga scala, tuttavia, è altamente costosa. Il progetto THERMOH, finanziato dall’UE, cercherà di trovare materiali termoelettrici efficienti nella classe delle perovskiti metallorganiche singole e doppie ad alogenuri, che sono oggetto di intensi studi a causa della loro efficienza fotovoltaica e delle buone proprietà elettriche di cui sono dotate. Esse possono essere prodotte su larga scala a basso costo e le loro vibrazioni reticolari sono molto anarmoniche e regolabili, il che consente la pianificazione di una bassa conduttività termica.

Obiettivo

Thermoelectric materials convert thermal and electrical energy, and performant thermoelectric devices could be used to recover waste heat in manufacturing, cogeneration, and heavy transportation - reducing both energy requirements and greenhouse gases' footprint.
Solid-state cooldown would also change refrigeration technologies, in both efficiency and maintenance. Broadly speaking, a materials' breakthrough in thermoelectrics would have an impact on energy efficiency similar to nitride LEDs for lightning technologies.

Optimal thermoelectrics need to balance the contrasting requirements of good electrical conductivity and low thermal conductivity; nowadays the best bulk thermoelectric approaching the desired efficiency is SnSe. However, large-scale production is too expensive, and applications remain limited to niche markets.

The goal of this project is to find efficient thermoelectrics in the class of metal-organic single and double halide perovskites.
These are intensely studied for their photovoltaic efficiency, thanks also to their good electrical properties; they can be manufactured inexpensively at scale; and their lattice vibrations are very anharmonic and tunable, allowing to engineer low thermal conductivity.
Since the overall number of possible compounds is above 500, there is wide chemical tunability of their properties. However, due to both theoretical and experimental difficulties, thermoelectric efficiency has been investigated only in very few compounds. Thanks to the unique capabilities I have developed during my PhD to study from first-principles materials with very large anharmonic distortions, I will investigate the full chemical space of these perovskites in the quest for the most efficient thermoelectric. Success in the project would bring major advantages to the industrial and economic EU ecosystem, but will also cement my leadership in characterizing and designing electrical and thermal properties of far from equilibrium materials.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) H2020-MSCA-IF-2020

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Coordinatore

ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
Contributo netto dell'UE
€ 191 149,44
Indirizzo
BATIMENT CE 3316 STATION 1
1015 Lausanne
Svizzera
Regione
Schweiz/Suisse/Svizzera Région lémanique Vaud
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 191 149,44