Processing and Properties of Calcium Cobaltite Layer Structure Oxide Thermoelectrics

칼슘 코발트 층상 산화물계 열전반도체의 제조와 물성

Thermoelectric properties of calcium cobalt layer structure oxide system, $Ca_3Co_2O_6$ and $Ca_3Co_4O_9$ were investigated at the temperature range of 300 to 1000K for the application of thermoelectric generation. In the composition, the Ca site was partially substituted with Bi, Sr, La, K and the Co site was partially substituted with Mn, Fe, Ni, Cu, Zn. The thermoelectric properties of Bi substituted $Ca_3Co_4O_9$. $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$ for electrical conductivity, Seebeck coefficient and power factor were $85.4({\Omega}$cm)^{-l}, $176.2{\mu}V/K$ and $265.2{\mu}W/K^m$, respectively. The unit thermoelectric couple was fabricated with the p-type of $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$ and n-type ($Zn_{0.98}Al_{0.02}$)O thermoelectrics whose figure-of-merit(Z) were $0.87{\times}10^{-4}/K$ and $0.41{\times}10^4/K$, respectively. The generated thermoelectric power was about 30mV at the temperature difference of 120K in the unit thermoelectric couple.

칼슘 코발트 층상 산화물계에서 $Ca_3Co_2O_6$와 $Ca_3Co_4O_9$를 기본으로 하여 열전 특성 향상을 위해 Ca 위치를 Bi, Sr, La, K로 부분 치환하고, Co위치를 Mn, Fe, Ni, Cu, Zn로 치환한 다결정 산화물을 제조하여 $300{\sim}1000K$ 까지의 열전 특성을 분석하였다. Bi가 치환된 $Ca_3Co_4O_9$계의 $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$는 전기전도도 $85.4({\Omega}cm)^{-1}, Seebeck계수 $176.2{\mu}V/K$그리고 파워팩터 $265.2{\mu}W/K^m$로 가장 높은 열전 물성치가 관찰되었다. 열전 모듈 제조를 위해서 각각의 열전반도체의 성능지수Z($10^{-4}/K$)가 0.87, 0.41의 값인 p형 열전 소재로 $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$를, n형 열전 소재로($Zn_{0.98}Al_{0.02}$)O를 선택하여 열전쌍을 제조하였다. 제조된 2쌍의 기본 열전쌍은 120K의 온도차에서 약 30mV정도의 기전력이 나타났다.