pte20210728033 Umwelt/Energie

Thermoelektrische Generatoren revolutioniert

Magnesiumbasierte Werkstoffe sind billig und umweltneutral und nutzbar für Weltraummissionen


So sind die neuen Generator-Werkstoffe aufgebaut (Grafik: ORNL/Jill Hemman)
So sind die neuen Generator-Werkstoffe aufgebaut (Grafik: ORNL/Jill Hemman)

Durham/Lemond (pte033/28.07.2021/12:30)

Thermoelektrische Generatoren wandeln Temperaturdifferenzen in elektrischen Strom um. Sie sind aus Umweltgründen nicht optimal, weil sie meist teure und/oder giftige Metall enthalten. Die müssen sein, weil sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, die benötigten Temperaturdifferenzen also nicht so leicht ausgleichen. Jetzt haben 

[b]Magnesium löst Schwermetalle ab[/b]

Jetzt haben Forscher der Duke University https://duke.edu/ in Durham im US-Bundesstaat North Carolina und der Michigan State University https://msu.edu/ in East Lansing zwei magnesiumbasierte Materialien (Mg3Sb2 und Mg3Bi2) entdeckt, die das Potenzial haben, traditionelle thermoelektrische Generatoren deutlich zu übertreffen. Außerdem sind sie umweltverträglicher und kostengünstiger in der Herstellung.

Entgegen der vorherrschenden wissenschaftlichen Lehrmeinung über die Notwendigkeit schwerer Elemente zeigten die Forscher, dass der Ersatz von schweren Elemente wie Kalzium und Ytterbium durch leichtere Magnesiumatome zu einer Verdreifachung der Leistung führt.

[b]Detektivische Kleinarbeit[/b]

Um die neuen Werkstoffe zu entwickeln war detektivische Kleinarbeit nötig. Die Forscher ermittelten de inneren Strukturen der neuen Legierungen durch Neutronen- und Röntgenstreuexperimente in den Forschungsanlagen Oak Ridge National Laboratoryhttps://www.ornl.gov/ (ORNL) und Argonne National Laboratory https://www.anl.gov/ in Lemond sowie durch Simulation auf den Supercomputern des National Energy Research Scientific Computing Center https://cs.lbl.gov/about/divisions-and-facilities/national-energy-research-scientific-computing-center/ (NERSC) im kalifornischen Berkeley.

[b]Ideal für Raumfahrtmissionen und Transport[/b]

Die Untersuchungen auf atomarer Ebene zeigten den Forschern des Mechanismus hinter der Fähigkeit der Materialien, thermische Energie in Elektrizität umzuwandeln. Die Ergebnisse zeigen mögliche neue Wege zur Verbesserung thermoelektrischer Anwendungen, etwa für Missionen ins Weltall – dort gibt es, wenn die Sonne scheint, große nutzbare Temperaturdifferenzen.

„Traditionelle thermoelektrische Materialien basieren auf schweren Elementen wie Blei, Wismut und Tellur - Elemente, die nicht sehr umweltfreundlich sind und auch nicht sehr reichlich vorhanden, so dass sie tendenziell teuer sind", sagt Olivier Delaire, außerordentlicher Professor an der Duke University. „Magnesium hingegen ist leicht und reichlich vorhanden, was es zu einem idealen Material für Transport- und Raumfahrtanwendungen macht."

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