Etude des propriétés thermodynamiques et thermoélectriques d’un composé demi-Heusler FeVGe pour des applications en énergie verte

Abstract

Les composés thermoélectriques demi-Heusler ont fait l'objet d'un grand intérêt afin d'être appliqués comme une alternative aux ressources énergétiques propres en tant que composés respectueux de l'environnement grâce à leur capacité à convertir directement l'énergie perdue en électricité. Dans cette étude, les propriétés thermodynamiques et thermoélectriques du FeVGe multifonctionnel de demi-Heusler sont étudiées en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) telle qu'elle est mise en œuvre dans le code Wien2K. L'approximation du gradient généralisé de Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE) est utilisée pour traiter la fonction de corrélation d'échange. Les propriétés thermodynamiques du composé étudié sont déterminées en appliquant l'instrument quasi-harmonique de Debye à différentes pressions et températures. Les paramètres thermoélectriques, tels que le coefficient Seebeck (S), la conductivité électrique (s/t) et thermique (κ/τ) et le facteur de mérite (ZT) sont étudiés à l'aide des équations de transport de Boltzmann. Les résultats des propriétés thermodynamiques ont révélé que notre composé peut être utilisé dans des conditions thermodynamiques sévères. Les calculs thermoélectriques montrent que le FeVGe présente de bonnes propriétés thermoélectriques avec un ZT proche de l'unité d'environ 0,995. Par conséquent, le composé FeVGe est un promoteur pour les matériaux thermoélectriques conventionnels utilisés dans les applications d'énergie verte, telles que la récolte d'électricité, les systèmes de refroidissement et l'alimentation des sondes spatiales. Mots-clés : Composés respectueux de l'environnement ; DFT ; Demi-Heusler ; propriétés thermodynamiques et thermoélectriques ; facteur de mérite (ZT). v ABSTRACT The half-Heusler thermoelectric compounds have garnered significant interest as a potential alternative to traditional energy resources due to their ability to directly convert waste heat into electricity, making them an environmentally friendly option. In this study, we investigate the thermoelectric and thermodynamic properties of the multifunctional halfHeusler compound FeVGe using density functional theory (DFT) as implemented in the Wien2K code. The Perdew-Burke-Ernzerhof generalized gradient approximation (GGA-PBE) is utilized to handle the exchange correlation functional. The thermodynamic properties of the compound under study were determined by using the quasi-harmonic Debye model at various pressures and temperatures. The thermoelectric parameters, including the Seebeck coefficient (S), electrical conductivity (s/t), thermal conductivity (κ/τ), and figure of merit (ZT), are analyzed using the Boltzmann transport equations. The results of the thermodynamic properties analysis indicate that our compound can withstand harsh thermodynamic conditions. The thermoelectric calculations show that FeVGe exhibits good thermoelectric properties, with a ZT value approaching unity, approximately 0.995. The FeVGe compound is a promoter for conventional thermoelectric materials used in green energy applications, such as electricity harvesting, cooling systems, and powering space probes. Keywords: Environmentally friendly compounds; DFT; Half-Heusler; thermodynamic and thermoelectric properties; figure of merit (ZT). vi ملخص المركبات الحرارية نصف هيوزلر قد كانت محور االهتمام كبديل محتمل لمصادر الطاقة التقليدية بسبب قدرتها على تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء، مما يجعلها خيا ًرا صديًق الخصائص الديناميكية ا للبيئة. في هذه الدراسة، نحقق في الحرارية والكهروحرارية لمركب FeVGe المتعدد الوظائف باستخدام نظرية الدالة الوظيفية للكثافة (DFT (كما تم تنفيذها في برنامج Wien2K .يُستخدم تقريب االنتشار التصاعدي المعمم لبيردو-برك-إيرنزرهوف (PBE-GGA( للتعامل مع الدالة التبادلية التباينية. تم تحديد الخصائص الترموديناميكية للمركب المدروس باستخدام نموذج ديباي شبه المهم (Debye harmonic-Quasi (في ضغوط ودرجات حرارة مختلفة. يتم تحليل المعايير الحرارية، بما في ذلك معامل سيبيك(S ، (الناقلية الكهربائية(t/s ، (والتوصيلية الحرارية(τ/κ ، (ومعامل الجدارة (ZT (باستخدام معادالت نقل بولتزمان. تشير نتائج تحليل الخصائص الديناميكية الحرارية إلى أن المركب لدينا يمكن أن يتحمل ظروف لديناميكية حرارية قاسية. تظهر حسابات الخصائص الحرارية أن مركب FeVGe يظهر خصائص حرارية جيدة، مع قيمة ZT منش ًط تقترب من الواحد، تقري ًب955.0 .يعد مركب FeVGe ا للمواد الحرارية التقليدية المستخدمة في تطبيقات الطاقة الخضراء، مثل جمع الكهرباء وأنظمة التبريد وتشغيل مسبارات الفضاء. كلمات مفتاحية: مركبات صديقة للبيئة ؛ DFT .نصف هيوسلر الخصائص الديناميكية الحرارية والكهروحرارية، معامل الجدارة )ZT.