Thermozelle macht auch aus kleinen Abwärme-Mengen ordentlich Strom

Von Christian Kahle am 14.09.2020 10:53 Uhr
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Ein neues Konzept kann den Bau thermoelektrischer Elemente deutlich voranbringen. Es ermöglicht die effiziente Gewinnung von Strom auch bei ziemlich geringen Temperatur-Unterschieden und kann so helfen, den Wirkungsgrad vieler Systeme zu steigern.

Thermoelektrische Materialien sind schon lange bekannt und im Einsatz. In der Folge dessen war es auch immer ein Traum von Ingenieuren und Forschern, auch schwächere Wärmequellen zu nutzen, um Strom zu erzeugen. Denn so ließe sich beispielsweise auch einfach die Abwärme verschiedener Alltagsgeräte nutzen. Dem ist man durch eine grundlegend neue Konstruktion entsprechender Bauteile ein Stück weit näher gekommen, wie aus einem Bericht im Journal Science hervorgeht.

Bei den bisherigen Verfahren nutzte man feste Materialien, bei denen eine Wärmequelle zu signifikanten Temperatur-Unterschieden zwischen dem Plus- und Minus-Pol führte und so dafür sorgte, dass Elektronen in Bewegung kamen. Das neue Verfahren, das an der Universität für Wissenschaft und Technik Zentralchina entwickelt wurde, setzt hingegen auf ein flüssiges Material, in dem das Wärmegefälle Ionen in Bewegung versetzt. Im Experiment zeigte sich, dass dies auch bei relativ kleinen Wärmequellen gut funktioniert.

Weniger Wärmeleitung

Darüber hinaus hat das Ver­fahren einen wei­teren Vor­teil: Die Ionen gehen auf ihrem Weg zum ande­ren Pol eine Ver­bindung zu einem Fest­stoff ein, der eine höhere Dichte als die flüs­sige Lösung be­sitzt. Mit einer rich­tigen Aus­richtung des thermo­elektri­schen Elements sorgt dann die Schwer­kraft dafür, dass sie wieder zum Aus­gangs­punkt ab­sinken, dort durch die Wärme­quelle erneut gelöst werden und ihre Auf­gabe wieder von vorn begin­nen können. Das sorgt dafür, dass der Wärme­aus­gleich zwischen den Polen deutlich lang­samer voll­zogen wird, als es normaler­weise der Fall ist und die Effizienz des Systems weiter steigt.

In den Experimenten zeigte sich, dass ein Temperatur-Gefälle von 50 Grad Celsius zwischen den beiden Polen völlig ausreicht, um eine nennenswerte Spannung aufzubauen. Rund 20 der so konstruierten Thermozellen, die zusammengeschlossen etwa die Größe eines Taschenbuches einnahmen, genügten, um LEDs leuchten zu lassen oder auch ein Mobiltelefon zu laden.

Die Forscher konnten somit nachweisen, dass man auch aus den Quellen alltäglicher Abwärme wie bei Kühlschränken noch signifikante Stommengen gewinnen kann. Das kann dann dafür sorgen, den Wirkungsgrad dieser Geräte noch einmal ein gutes Stück zu steigern, was letztlich auch einer der Grundpfeiler für eine erfolgreiche Energiewende ist.

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