Caen – Neuartige Kristalle könnten die Erzeugung von Strom aus Niedertemperatur-Abwärme profitabler machen. Das neuartige synthetische Material besteht aus Kupfer, Mangan, Germanium und Schwefel und werde in einem „ziemlich einfachen“ Prozess hergestellt, so Emmanuel Guilmeau, Materialwissenschaftler am CRISMAT-Labor.
Lediglich Germanium gehört zu den teuren Werkstoffen, die nötig sind, um den Thermogenerator herzustellen. Es genügen allerdings sehr kleine Mengen. Die übrigen Elemente sind kostengünstig. Somit ist das neue Material deutlich billiger als die bisher verwendeten Werkstoffe wie Blei und Tellur, die die beste Umwandlungseffizienz bieten, allerdings auch giftig sind.
Kugelmühle statt Schmelzprozess
Die pulverförmigen Rohstoffe werden nicht aufgeschmolzen, um sie miteinander zu verbinden, sondern in einer Kugelmühle bearbeitet. Hier verschmelzen sie miteinander aufgrund der mechanischen Kräfte, die darauf einwirken. Die so entstehenden Kristalle werden zum Schluss einer Wärmebehandlung bei 600 Grad Celsius unterzogen, also getempert, wie es fachlich korrekt heißt.
Thermoelektrische Materialien wandeln Wärme in Strom um. Dies ist besonders nützlich für die Industrie, wo sich anderweitig nicht nutzbare Abwärme in wertvolle elektrische Energie umwandeln lässt. Umgekehrt können sie zur Kühlung von elektronischen Bauteilen oder in lautlosen Kühlschränken verwendet werden.
Um eine Alternative zu giftigen thermoelektrischen Materialien zu finden, haben Guilmeau und sein Team mit natürlichen Sulfidmineralien auf Kupferbasis experimentiert. Diese bestehen hauptsächlich aus ungiftigen und reichlich vorhandenen Elementen, von denen einige thermoelektrische Eigenschaften haben.
Kleine Veränderung, große Folgen
Um Skalierbarkeit zu ermöglichen, haben die Forscher das Material modifiziert. Als sie einen kleinen Teil des Mangans durch Kupfer ersetzten, entstanden komplexe Mikrostrukturen, die den Transport von Elektronen und Wärme positiv beeinflussten.
„Wir waren sehr überrascht über das Ergebnis. Normalerweise hat eine leichte Veränderung der Zusammensetzung wenig Einfluss auf die Eigenschaften des Materials“, sagt Guilmeau. Diesmal schon. Das neue Material sei bis zu 400 Grad stabil, weit über den üblichen Abwärmetemperaturen in der Industrie.
Quelle: www.pressetext.com
(pte025/09.11.2022/12:30)
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