Thermoelectric doping effect in Ca3Co4-xNixO9 ceramics

Ca3Co4-xNixO9 (x=0.01, 0.03, and 0.05) polycrystalline thermoelectric ceramics have been prepared by the classical solid state method. As a result of the Ni addition an increase in porosity has been detected. Moreover, the presence of Ni has been related with the increase of Ca2Co3O6 secondary phase and the appearance of a new NiO-CoO solid solution.However, for the 0.01-Ni doped samples an improvement in the thermoelectric performances has been measured. This effect has been related with a decrease in the resistivity values and an increase in the Seebeck coefficient.The raise in the power factor for the 0.01-Ni doped samples, compared with the undoped ones, is between 10 and 25% at 50 and 800 °C respectively. Moreover, the maximum power at 800 °C, around 0.25 mW/K2.m, is significantly higher than the best results obtained in Ni doped samples reported previously in the literature.

ResumenSe han preparado muestras policristalinas de Ca3Co4-xNixO9 (x = 0,01, 0,03 y 0,05) mediante reacción en estado sólido. Se ha detectado un incremento de la porosidad en las muestras dopadas con Ni. La adición de Ni también ha provocado el aumento de la fase secundaria Ca2Co3O6, así como la aparición de una nueva fase consistente en una solución sólida de NiO-CoO.A pesar de ello se ha detectado una mejora de las prestaciones termoeléctricas en las muestras con un 0,01 de Ni. Esta mejora ha sido provocada por una disminución de la resistividad eléctrica y un aumento del coeficiente Seebeck.Se ha encontrado que el factor de potencia de las muestras con un 0,01 de Ni es un 10% superior a T ambiente y un 25% superior a 800 °C que el encontrado en muestras sin dopar. Por otra parte, el valor del factor de potencia medido a 800 °C, aproximadamente 0,25 mW/K2.m, es significativamente más alto que los valores que se pueden encontrar en la literatura para muestras dopadas con Ni.