Electron Injection and Lattice Softening Lead to High Average ZT of n‐Type Mg 3 (Sb, Bi) 2 /Cr and Efficient Full‐Zintl Thermoelectric Module

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作者
Jie Huang,Kangpeng Jin,Chen Li,Hao Yang,Ying Zhang,Xiyang Wang,Ming Huang,Zhen‐Hua Ge,Liangwei Fu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (8): e13881-e13881 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202513881
摘要

Maximizing the average figure-of-merit (ZTavg) of thermoelectric (TE) materials is crucial for optimizing the module performance. Herein, this work enhances the ZTavg to 1.42 (298-673 K) in a n-type Mg3(Sb, Bi)2-based material by a stepwise optimization strategy. Specifically, Cr injects electron into Mg3Sb0.8Bi1.19Te0.01, which synergistically boosts carrier concentration and forms an electron accumulation layer at the interface. Meanwhile, lattice softening and interfacial scattering suppress lattice thermal conductivity. A peak ZT of 1.72 at 673 K and ZTavg of 1.30 over 298-673 K are achieved for Mg3Sb0.8Bi1.19Te0.01-1.5 wt.% Cr. Then, through grain refinement and Se doping instead of Te, a delicate equipoise is reached between the power factor and the electronic thermal conductivity. Eventually, the Mg3Sb0.8Bi1.19Se0.01-1.5 wt.% Cr sample obtains an outstanding ZT of ≈1.9 at 573 K and ZTavg of 1.42 over 298-673 K. The integrated two-pair full-Zintl YbZn2Sb2/Mg3(Sb, Bi)2 module achieves a high conversion efficiency of 10.5% and power density of 0.37 W cm-2 simultaneously under a temperature difference of 370 K. More importantly, this module exhibits excellent thermal stability during a 10-day in situ test. This work provides new ideas for applications of full-Zintl modules to the recovery of waste heat.
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