Atomarer Mix sorgt für höheren Stromertrag
Forscher aus den USA, Dänemark und Schweden nutzen neue thermoelektrische Materialien
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Professor He (links) und ein Mitarbeiter im Forschungslabor (Foto: clemson.edu) |
Clemson (pte002/20.04.2021/06:10)
Mit Werkstoffen, die in der Natur nicht vorkommen können, lässt sich die Stromerzeugung durch Ausnutzung von Temperaturunterschieden deutlich verbessern. Es handelt sich um den Seebeck-Effekt. Er nutzt das Phänomen, dass zwei unterschiedliche Materialien, die etwa durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind, eine elektrische Spannung und damit einen nutzbaren Strom erzeugen, wenn eine Seite kälter ist als die andere.
[b]Teils Kristalline, teils amorphe Struktur[/b]
Die neuartige Materialkombination hat Professor Jian He, Physiker an der Clemson University http://www.clemson.edu/ im US-Bundesstaat South Carolina, gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam entwickelt. „Unser Material hat eine einzigartige hybride Atomstruktur, die zur Hälfte kristallin und zur Hälfte amorph ist", so He. Die Positionen der Atome in einem Festkörper bestimmt die Eigenschaften. Grundsätzlich können sie eine kristalline oder amorphe Struktur bilden, also schön gleichmäßig geordnet oder wild durcheinander gewürfelt sein. Ein Beispiel ist Silizium. Es wird sowohl in kristalliner als auch amorpher Form unter anderem zu Solarzellen verarbeitet, die sich stark beim Wirkungsgrad unterscheiden. Kristalline Zellen sind fast dreimal effektiver als amorphe.
[b]Batterien von Hybridautos werden aufgeladen[/b]
He und seine Kollegen aus Dänemark und China vermischten unterschiedliche Atome aus derselben Gruppe des Periodensystems miteinander. Ein Teil des thermoelektrischen Elements besteht aus einer Mixtur von Schwefel- und Telluratomen, der andere aus Kupfer- und Silberatomen. Wenn sie miteinander verbunden und unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt werden erzeugen sie Strom. Derartige Elemente lassen sich nutzen, um Abwärme, die normalerweise einfach an die Atmosphäre abgegeben wird, sinnvoll zu nutzen. So könnte die Wärme der Auspuffabgase der Stromerzeugung dienen und bei einem Hybridfahrzeug die Batterien laden.
[b]Weitere Steigerung der Leistung erwartet[/b]
„Thermoelektrische Materialien sind traditionell Kristalle, sagt He. „Unser Material ist jedoch kein reiner Kristall, und wir zeigen, dass wir mit einem Material mit einer neuen Atomstruktur das gleiche Leistungsniveau wie mit den heute verwendeten Werkstoffen erreichen können." Weitere Forschung kann die Leistung der neuartigen Elemente weiter verbessern, glaubt der Physiker.
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