Inhibiting Mg Diffusion and Evaporation by Forming Mg‐Rich Reservoir at Grain Boundaries Improves the Thermal Stability of N‐Type Mg3Sb2 Thermoelectrics

材料科学 热电效应 热电材料 热稳定性 粒度 晶界 分析化学(期刊) 晶粒生长 热力学 热导率 冶金 化学工程 物理 复合材料 微观结构 化学 工程类 色谱法
作者
Yang Geng,Zerong Li,Zehao Lin,Yali Liu,Qiangwen Lai,Xuelian Wu,Lipeng Hu,Fusheng Liu,Yuan Yu,Chaohua Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (2) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/smll.202305670
摘要

Abstract N‐type Mg 3 Sb 2 ‐based thermoelectric materials show great promise in power generation due to their mechanical robustness, low cost of Mg, and high figure of merit ( ZT ) over a wide range of temperatures. However, their poor thermal stability hinders their practical applications. Here, MgB 2 is introduced to improve the thermal stability of n‐type Mg 3 Sb 2 . Enabled by MgB 2 decomposition, extra Mg can be released into the matrix for Mg compensation thermodynamically, and secondary phases of Mg─B compounds can kinetically prevent Mg diffusion along grain boundaries. These synergetic effects inhibit the formation of Mg vacancies at elevated temperatures, thereby enhancing the thermal stability of n‐type Mg 3 Sb 2 . Consequently, the Mg 3.05 (Sb 0.75 Bi 0.25 ) 1.99 Te 0.01 (MgB 2 ) 0.03 sample exhibits negligible variation in thermoelectric performance during the 120‐hour continuous measurement at 673 K. Moreover, the ZT of n‐type Mg 3 Sb 2 can be maintained by adding MgB 2 , reaching a high average ZT of ≈1.1 within 300–723 K. An eight‐pair Mg 3 Sb 2 ‐GeTe‐based thermoelectric device is also fabricated, achieving an energy conversion efficiency of ≈5.7% at a temperature difference of 438 K with good thermal stability. This work paves a new way to enhance the long‐term thermal stability of n‐type Mg 3 Sb 2 ‐based alloys and other thermoelectrics for practical applications.
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