Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Thermoelektrik: Strom aus dem Übergitter

Nanotechnologie und Spinelektronik sollen künftig winzige Temperaturunterschiede zur Stromgewinnung nutzbar machen.
Halbleiter ÜbergitterLaden...

Gut minus 50 Grad Celsius herrschen im Durchschnitt auf dem Mars, doch in der Radionuklidbatterie des Mars Rover Curiosity ist es mehrere hundert Grad heißer. Aus solchen Temperatur-differenzen Strom zu gewinnen, hat sich im Weltraum seit 1969 bewährt. Damals setzte Apollo 12 eine Basisstation auf dem Mond ab, in der ein thermoelektrischer Generator (TEG) fünf Jahre lang diverse Geräte versorgte. Inzwischen interessieren sich auch Automobilindustrie und Energieerzeuger für diese Technik, denn bei der Verbrennung fossiler Kraftstoffe entsteht gut 1000 Grad Celsius heißes Abgas. Weltweit arbeiten Forscher nun daran, auch Temperaturunterschiede von nur wenigen Grad zu nutzen, um beispielsweise Messfühler unabhängig zu betreiben. Solche energieautarken Sensoren, die ihre Daten über Funk weitergeben, eignen sich insbesondere zur Überwachung von Motoren oder kritischer Infrastruktur wie Brücken und Tunnel.

Alle thermoelektrischen Generatoren basieren auf einem nach seinem Entdecker benannten Effekt: Der deutsche Physiker Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831) hatte beobachtet, dass eine Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen zweier verschiedener Metalle eine Kompassnadel ausschlagen ließ. Er hielt dies für ein magnetisches Phänomen. Heute wissen wir, dass freie Ladungsträger am wärmeren Ende eines Festkörpers auf ein geringfügig höheres Energieniveau versetzt werden als die am kälteren. Während beide Enden zuvor dieselbe Ladungsdichte hatten, bauen sich nun ein Ladungsunterschied und damit eine elektrische Spannung auf. Deshalb fließt ein Strom, der durch den Temperaturunterschied getrieben ist. Das Pendant dazu ist der Peltier-Effekt: Indem sie elektrischen Strom verbrauchen, kühlen entsprechende Module beispielsweise Lebensmittel in Hotel-Minibars oder empfindliche Bauteile in elektronischen Schaltungen.

Dass thermoelektrische Stromgeneratoren noch nicht zu einem festen Baustein der Energiewende geworden sind, hat zwei Gründe: Zum einen kostet es einigen Aufwand, die Temperaturdifferenz aufrechtzuerhalten; zum anderen setzen TEGs die eingesetzte Energie im Vergleich zur Fotovoltaik oder zu Windkraftanlagen schlecht um, haben also einen schlechten Wirkungsgrad. ...

Kennen Sie schon …

Supraleiter - Elektronen auf der Überholspur

Spektrum Kompakt – Supraleiter - Elektronen auf der Überholspur

Supraleiter haben etwas Magisches. Und dank jüngster Entdeckungen wird es womöglich bald gelingen, ihre quantenmechanischen Tricks zu durchschauen.

Spezial Physik - Mathematik - Technik 4/2019

Spektrum der Wissenschaft – Spezial Physik - Mathematik - Technik 4/2019: Extreme Materialien

Wie Quantentricks und Nanotechnik unsere Welt radikal verändern - Topologische Isolatoren: Revolution für die Halbleiterindustrie • Nanostrukturen: Die neue Vielfalt ultradünner Schichten • Bizarre Atome: Physiker bauen Kerne und Teilchen nach Maß

48/2018

Spektrum - Die Woche – 48/2018

In dieser Ausgabe widmen wir uns Kaminöfen, der Quantenphysik und der Erziehung.

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen

Goldsmid, H. J.: Introduction to Thermoelectricity. Springer, Berlin, Heidelberg 2009

Nielsch, K. et al.: Thermoelectric Nanostructures: From Physical Model Systems towards Nanograined Composites. In: Advanced Energy Materials 1, S. 713 - 731, 2011

Tritt, T. M.: Thermoelectric Phenomena, Materials, and Applications. In: Annual Review of Materials Research 41, S. 433 - 448, 2011