Thermoelektrische Generatoren aus Kunststoff

Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology verkünden Durchbruch

Forschungsarbeiten im Kaust-Solarcenter (Foto: kaust.edu.sa/en)

Thuwal (pte001/18.03.2021/06:00)

Organische Materialien, das sind alle, die Kohlenstoff enthalten, spielen eine zunehmend wichtiger werdende Rolle in Elektronik und Elektrotechnik, weil sie preiswert herzustellen sind. Daraus entstehen Displays für Smartphones, flächige Leuchten, Solarzellen und künftig auch thermoelektrische Generatoren. Diese wandeln Abwärme etwa aus der Industrie oder Auspuff-Abgasen in elektrische Energie um. Forscher an der King Abdullah University of Science and Technology https://www.kaust.edu.sa/en (KAUST) im saudi-arabischen Thuwal haben jetzt zwei Materialien vorgestellt, die miteinander verbunden einen derartigen Generator darstellen.

[b]Lautlos und ohne bewegliche Teile[/b]

Eins der beiden Materialien ist ein Halbleiter vom n-Typ (das N steht für negativ), das andere vom p-Typ (das P steht für positiv. Sie werden miteinander verbunden, wie zwei Stoffe durch eine Naht. Wenn der eine Halbleiter wärmer ist als der andere entsteht eine elektrische Spannung, die sich als nutzbarer Strom entnehmen lässt. Thermoelektrische Generatoren sind praktisch unverwüstlich, weil sie keine beweglichen Teile haben. Außerdem arbeiten sie lautlos.

[b]Bisher waren organische Generatoren instabil[b]

Bisherige Versuche, derartige Generatoren aus organischem Material zu bauen, war nicht von Erfolg gekrönt. Sie waren nicht stabil und der Wirkungsgrad war miserabel. Hu Chen vom Kaust-Solarcenter und seinem Team ist es gelungen, Werkstoffkombinationen zu finden, die die Nachteile bisheriger Materialien nicht haben. Systematisch hatten sich die Forscher darangemacht, Blends (Kunststofflegierungen) zu entwickeln, die unter normalen Umgebungsbedingungen gleichzeitig Stabil, also von den Bestandteilen der Luft nicht angegriffen werden, und eine hohe elektrische Aktivität haben.

[b]Neues Ziel ist die Massenproduktion[/b]

Das Ausgangsmaterial, ein Monomer, enthältn cyclische Amide oder Lactame, die mit Naphthalin- und Anthracenkernen dotiert sind. Mit Hilfe eines metallfreien ungiftigen Katalysators lösten die Forscher einen Vernetzungsprozess aus – die Monomere verfilzten sich gewissermaßen, sodass sich ein Festkörper bildete. Mit diesem Design verhinderten sie energetische Störungen im Material, das die Effektivität schmälern würde. „So verbesserte sich auch die elektrische Leitfähigkeit", sagt Professor Iain McCulloch, Direktor des Solarcenters. Das Team arbeitet jetzt an Produktionstechniken, mit denen sich die Materialien in großem Stil herstellen lassen.

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