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Thermoelektrische Materialien: Umwandlung von Autohitze in Strom verbessert

Joseph Heremans und seine Kollegen von der Ohio State University in Columbus haben ein Material entwickelt, das bei einer kommerziell interessanten Temperatur doppelt so effektiv wie alle herkömmlichen Stoffe Wärme in Elektrizität umwandeln kann. Es arbeitet am besten in einem Bereich zwischen 200 und 500 Grad Celsius – was der Temperatur in Automobilmotoren entspricht.

Das erzeugte Material ist ein mit Thallium dotiertes Blei-Tellurid, dessen Effizienz – also die Menge der Wärme, die es bei einer bestimmten Temperatur in Elektrizität umwandeln kann – einen Wert von bis zu 1,5 erreicht. Diese Bewertung liegt deutlich über der bislang kommerziell am häufigsten verwendeten Legierung: Das mit Natrium statt Thallium dotierte Blei-Tellurid liegt bei einem Wert von 0,71.

Thermoelektrische Materialien sind unter anderem für Autos interessant. Nur etwa 25 Prozent der Energie eines Benzinmotors wird tatsächlich auch umgesetzt. 60 Prozent gehen durch Wärme – beispielsweise durch den Auspuff – verloren. Ein thermoaktiver Stoff kann diese Hitze auffangen und mit Hilfe von angeregten Elektronenbewegungen direkt in Strom umwandeln, was die Energieausbeute des Motors steigert.

Heremans und Kollegen fanden das Material, indem sie eine 2006 von anderen Forschern entdeckte quantenmechanische Resonanz zwischen den Elektronen von Thallium und denen des Blei-Tellurid ausnutzten. Dieser nanophysikalische Effekt ließ sich erfolgreich auf einen Festkörper übertragen und technologisch nutzbar machen.

Mit Hilfe weiterer Einsichten in die Nanotechnologie wollen die Forscher in den kommenden Jahren die Effizienz thermoelektrischer Materialien noch einmal verdoppeln, so Heremans. Dies kann in Zukunft die Effektivität von Motoren, aber auch allgemein von Generatoren und Wärmepumpen deutlich steigern. (vsp)

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