Facteur de mérite thermoélectrique élevé dans Yb_yCo₄Sb₁₂ bien optimisé et non nanostructuré

En mettant en œuvre la spectroscopie d’absorption des rayons X, entre autres techniques, la valence de l’ytterbium déterminée comme égale à 2 dans les skutterudites thermoélectriques Yb_yCo₄Sb₁₂ (0,10 y ≤ 0,20). Par conséquent, la corrélation PF(A³⁺) < PF(A²⁺) < PF(A¹⁺) entre la valence de l’atome de remplissage et le facteur de puissance (PF) a pu être établie dans un ensemble générique de skutterudites A_yCo₄Sb₁₂ (A = atome remplisseur et donneur d’électrons). En broyant les échantillons d’Yb_yCo₄Sb₁₂ sous atmosphère inerte avant densification par Spark Plasma Sintering, aucune oxydation parasite de Yb ne s’est produite, contrairement à ce qui se passe lors d’un broyage à l’air. Cela a conduit à ce que la concentration effective d’ytterbium soit strictement égale à la concentration nominale, jusqu’à la limite de solubilité déterminée comme égale à y_lim = 0,41 ± 0,02 mol / unité formulaire lorsque les composés Yb_yCo₄Sb₁₂ sont synthétisés à 1073 K. Le PF maximal = 4,2 mW m^-1 K^-2 à 300 K est atteint dans Yb_0.15Co₄Sb₁₂, pour la première fois à la concentration électronique théoriquement prédite n_opt = 1,8 ± 0,2 × 10²⁰ cm^-3, prouvant ainsi de l’optimisation de ce composé. Enfin, Yb_0.15Co₄Sb₁₂ présente également les meilleures propriétés thermoélectriques de la série, avec un facteur de mérite ZT_max = 1,4 et PF = 5,5 mW m^-1 K^-2 à 750 K.

Alleno, E.; Benyahia, M.; Vaney, J.-B.; Provost, K.; Paul_Boncour, V.; Monnier, J.; Dauscher, A.; Lenoir, B.; High thermoelectric figure of merit in well optimized Yb_yCo₄Sb₁₂, J. Mater. Chem. C (2020),8 , 17034-17044