Na- und Ca-Cobaltate mit hoher thermoelektrischer Effektivität und langzeitstabilen Funktionseigenschaften sollen für einen Einsatz bis ca. 800 °C entwickelt werden. Ihre temperaturabhängigen Eigenschaften werden zusammensetzungs- und prozessgesteuert variiert. Spitzenwerte der Gütezahl dieser Verbindungsklasse liegen in bestimmten Temperaturbereichen über den besten heute verfügbaren Materialien.
NaxCoO2 und Ca2Co2O5 sowie verwandte Verbindungen wurden am DLR synthetisiert und die Präparationsbedingungen für eine Leistungsoptimierung des Materials modifiziert. Ziel der Charakterisierung der Syntheseprodukte mittels XRD, REM, DTA/TG, DSC sowie Bestimmung der thermoelektrischen Eigenschaften ist die Beurteilung der Materialzusammensetzungen und Dotierungen hinsichtlich einer Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften.
Die Anwendungseigenschaften von NaxCoO2 werden stark von den Präparationsbedingungen sowie der Temperatur und Atmosphäre der thermischen Nachbehandlung beeinflusst. Entscheidende Faktoren sind vor allem die Phasenzusammensetzung und der Na-Gehalt x. Das System reagiert empfindlich auf Änderungen der Zusammensetzung, bei denen NaxCoO2 auf der Na-Position besetzungsvariiert bzw. auf der Co-Position partiell substituiert wird. Neben der Synthese sind die strukturelle Charakterisierung und Stabilität von NaxCoO2 Schwerpunkte der Arbeiten. In Synchrotronbeugungsexperimenten wurde eine bisher unbekannte 2a-Überstruktur in der Anordnung der Na-Atome in -NaxCoO2 identifiziert. Als kompositionell determinierter Alterungsprozess wurde die Umwandlung von -NaxCoO2 (hexagonal) unter reduziertem Sauerstoff-Partialdruck via '-NaxCoO2 (monoklin) zu -NaxCoO2 (rhomboedrisch) nachgewiesen.
Aufgrund des variierenden Na-Gehalts und der damit variierenden Oxidationsstufe von Co besitzen die Modifikationen stark unterschiedliche thermoelektrische Eigenschaften, wobei sich -NaxCoO2 als die bisher aussichtsreichste Cobaltat-Phase für die thermoelektrische Energieumwandlung darstellt.