TEIL C

Der Thermoelektrische Effekt / Seebeck-Effekt (TEGs) (XIII)

Und auch in den Niederlanden ist man aktiv. Das IMEC und Holst Centre in Eindhoven entwickeln ein Hemd mit einem integrierten und völlig verborgenen thermoelektrischen Generator, das Ende 2011 vorgestellt wird. Der TEG erzeugt eine durchschnittliche Leistung von 1 mW beim Sitzen im Büro bei 22°C, und 2 mW beim Herumlaufen. Sinkt die Außentemperatur auf 17°C, verdoppeln sich diese Werte.

Da der TEG komplett in dem Textilmaterial versteckt ist, bildet das Hemd eine große Verbesserung in Bezug auf den Komfort und die potentielle Marktakzeptanz im Vergleich zu früheren Modellen. Es bietet eine ideale Stromversorgung für tragbare, geringverbrauchende elektronische Geräte wie z.B. Gesundheits-Überwachungseinrichtungen. Eine drahtlose EKG-Aufzeichnung beispielsweise erfordert heutzutage rund 0,4 mW, und wird in naher Zukunft voraussichtlich nur noch 0,1 mW benötigen.

Das neuartige Hemd besitzt 16 Thermoelemente, die – auf einem Stück Baumwollstoff aufgenäht – zwischen dem warmen Pol (ein Plättchen von 3 cm im Durchmesser) und dem kalten (ein Plättchen in den Maßen 3 x 3,5 cm) sitzen, was insgesamt zu einer Dicke von 5 mm führt. Das kalte Plättchen ist an Kohlenstoffgewebe geklebt, das an der Innenseite des Hemdes vernäht wurde und als flexible Wärme-Ausbreitungsschicht wirkt. Und jawohl, das Hemd kann auch gewaschen und gebügelt werden. Auf dem Markt angeboten wird es bislang aber nicht.

Im März 2012 wird in der Fachpresse gemeldet, daß es einem internationalen Team von Forschern gelungen sei, ein neues Material erfolgreich auf seine thermoelektrischen Eigenschaften zu überprüfen, das aus den nicht-toxischen und häufigen Elementen Kupfer und Selen besteht.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Jeffrey Snyder vom California Institute of Technology (CalTech) in Pasadena, in welcher Wissenschaftler des Shanghai Institute of Ceramics der chinesischen Akademie der Wissenschaften, des Brookhaven National Laboratory und der University of Michigan mitwirken, konstruiert eine neue Variante von Kupferselenid, bei der die Selenatome ein spezielles Kristallgitter bilden, in dem die Kupferionen beliebig verstreut und außergewöhnlich beweglich sind.

Die Untersuchungen ergeben, daß das Dikupferselenid in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit wie ein Festkörper wirkt, sich bei der Wärmeübertragung jedoch eher wie eine Flüssigkeit verhält. Dadurch kann ein Teil der Schallwellen abgefangen und die Wärmeleitfähigkeit reduziert werden. Bei einer Temperatur von 727°C wird ein ZT-Wert von 1,5 erreicht, womit das Material jedes andere gegenwärtig genutzte aus dem Rennen wirft. Die Forscher gehen davon aus, daß sich bei einer weiteren Optimierung sogar ein Wert von nahezu 2 erzielen läßt.

In der farbigen Grafikstellen die blaue Kugeln Selen-Atome unter Ausbildung eines Kristallgitters dar, während die orangefarbenen Regionen zwischen den Atomen die Kupfer-Atome repräsentieren, welche wie eine Flüssigkeit durch die Kristallstruktur strömen. Es ist dieses flüssigkeitsähnliche Verhalten, das dem neuen Material seine einzigartigen thermoelektrischen Eigenschaften verleiht.

Snyder befaßt sich schon seit 2004 mit der Thermoelektrik, wie die vielen Publikationen belegen, an denen er seitdem mitgewirkt. Sein aktuelles Team wird von der National Natural Science Foundation of China, der Shanghai Science and Technology Kommission, dem CAS / SAFEA International Partnership Program for Creative Research Teams, dem National Basic Research Program of China, dem U.S. Department of Energy sowie der U.S. Air Force gefördert.

Im Juni 2013 folgt die Meldung, daß die CalTech-Forscher – diesmal zusammen mit Kollegen der Universität Tokio – den besten Weg gefunden haben, neue Thermoelektrika zu identifizieren. In der Veröffentlichung unter dem Titel ,Validity of rigid band approximation of PbTe thermoelectric materials’ zeigt das Team, daß eine relativ einfache Technik, die so genannte ,starre Band-Näherung’, die Eigenschaften eines Materials besser vorhersagen kann als die konkurrierende komplizierte ,Supercell-Methode’, die ein detailliertes Bild der idealen atomaren Anordnung liefert.

Snyder zufolge bietet der Ansatz, der auf dem Energiebändermodell (o. Bändermodell) basiert – einem quantenmechanischen Modell zur Beschreibung von elektronischen Energiezuständen in einem idealen Einkristall – genau die einfachen, prädiktiven Konstruktionskonzepte, die für die Entdeckung effektiver thermoelektrischer Materialkompositionen benötigt werden.

Im Gegensatz zu der Meinung einiger Wissenschaftler, daß starre Band-Näherung zu einfach und ungenau sei, um nützlich zu sein, zeigen die Berechnungen des Teams, daß ihr Ansatz bei der Vorhersage der Eigenschaften des populären thermoelektrischen Blei-Tellurids – dotiert mit einer kleinen Menge an Natrium, Kalium oder Thallium – tatsächlich sogar noch genauer ist als die Supercell-Methode. Unter Verwendung des Bandmodells sollten Wissenschaftler nun in der Lage sein, vielversprechende neue und effizientere thermoelektrische Zusammensetzungen schneller zu identifizieren als bisher.

Weitere Publikationen in diesem Zusammenhang stammen vom November 2013: ,Phase transition enhanced thermoelectric figure-of-merit in copper chalcogenides’ bzw. vom März 2014: ,High Thermoelectric Performance in Non-Toxic Earth-Abundant Copper Sulfide’. In letzterer Veröffentlichung wird ein thermoelektrisches Hochleistungs-Material Cu_2-xS beschrieben, das im Vergleich zum schwereren Cu₂Se eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit und eine auffallend reduzierte spezifische Wärme besitzt – was zu einem erhöhten ZT-Wert von 1,7 führt.

Im April 2012 folgt wieder einmal ein thermoelektrischer Kochtopf, der diesmal unter dem Namen PowerPot bekannt gemacht wird. Die Unternehmer David Toledo und Paul Slusser stellen im Rahmen ihres neu gegründeten Unternehmens Power Practical in Salt Lake City, Utah, das Konzept einer ganzen Linie von thermoelektrischen Kochtöpfen vor, welche die Hitze eines Campingfeuers zur Stromerzeugung nutzen und diesen über einen USB-Anschluß bereitstellen.

Um ihr Projekt zu verwirklichen suchen die Initiatoren über die Crowdfunding-Plattform Kickstarter nach Förderern – was sich als der erfolgreich erweist, denn statt den benötigten 50.000 $ zahlen 1.047 Unterstützer bis Anfang Mail sogar 126.204 $ ein.

Nun sollen zwei Versionen des PowerPot gebaut werden: ein PowerPot V mit 5 W und ein PowerPot X mit 10 W Ausgangsleistung. Das kleinere Modell mit den Maßen 11,5 x 14 x 14 cm ist für Rucksacktouristen gedacht, besteht aus hart-eloxiertem Aluminium, hat gummierte Faltgriffe, ein Volumen von 1,4 l und wiegt 396 g. Das größere Modell hat ein Volumen von 1,9 l und soll eher auf Gasherden in Küchen genutzt werden. In der Planung befindet sich auch noch ein PowerPot XV mit 3,8 l Inhalt, der seinem Namen entsprechend mit 15 W aufwarten soll.

Die Initiatoren rechnen damit, daß ihre Erfindung nicht nur bei Outdoor-Fans gut ankommen wird, sondern auch in Entwicklungsländern, wo es noch keine flächendeckende Stromversorgung gibt. Den veröffentlichten Preisvorstellungen zufolge soll der PowerPot V 149 $ kosten, wenn er auf den Markt kommt, was im August 2012 der Fall sein soll.

Verglichen mit den weiter oben vorgestellten Modellen wirkt das Teil allerdings nicht besonders innovativ – und ich frage mich auch, warum so viele verschiedene Gruppen und Teams das ,Ei immer wieder von neuem erfinden’ müssen, anstatt gemeinsam ein optimales System zu entwickeln, von dem dann alle benötigten unterschiedlichen Varianten abgeleitet werden.

Die PowerPot gewinnt jedenfalls zahlreiche Auszeichnungen, darunter den Editor’s Choice Award des Backpacker Magazine im Jahr 2013. Und als die Gründer die Gelegenheit bekommen, den PowerPot in der ABC-Fernsehshow Shark Tank unter Anwesenheit von berühmten Millionär- und Milliardär-Unternehmern vorzustellen, beteiligt sich Mark Cuban mit einer Investition in Höhe von 250.000 $ an dem Start-Up.

Im Januar 2014 kann Power Practical einen weiteren Erfolg feiern, als die Kickstarter-Kampagne zugunsten des verbesserten neuen, leichteren und leistungsstärkere PowerPot X statt des Zielbetrages von 30.000 $ seitens 456 Unterstützern mit 73.818 $ bedacht wird. Dessen Auslieferung soll noch im Laufe des Jahres erfolgen.

Das neue Modell, das in zwei Größen angeboten wird (2,3 l / 3,8 l), liefert bis zu 10 W Leistung, hat ein direkt im Kabel integriertes Leistungsmeßgerät und kann ein Tablet, zwei Telefone oder 4 Go-Pro-Kameras auf einmal laden.

Im Oktober 2014 wird eine weitere Kickstarter-Kampagne für ein neues Produkt namens Pronto gestartet, ein tragbarer 4.400 mAh Lithium-Akku, der bis zu 12 mal schneller aufladen kann, als jeder andere Akku auf dem Markt. Auch dieses Produkt für 30 $, das zudem ein eingebautes, helles LED-Licht besitzt, kommt sehr gut an, denn statt der erhofften 50.000 $ bringen 2.990 Unterstützer bis November den beachtlichen Betrag von 375.000 $ zusammen.

Im Oktober 2015 meldet die Firma „we hit 1 Mio. $“ - und im November 2016 folgt mit dem Sparkr und Sparkr mini der nächste Streich, den ich hier aufgrund seinen Innovationsgehalts ebenfalls aufführen möchte - obwohl er nichts mit der Thermoelektrizität zu tun hat.

Das größere Gerät ist eine Taschenlampe, die sich durch Aufstecken einer Kappe in eine Laterne verwandelt. Ebenfalls wird durch das Entfernen der Kappe ein Feuerzeug freigelegt, das jedoch keine normale Flamme entzündet, sondern einen Lichtbogen, dessen Hitze problemlos Kerzen, Zigaretten oder Blätter anzünden kann – und deutlich verläßlicher ist als herkömmliche Feuerzeuge, da Wind ihm nichts anhaben kann. Außerdem läßt sich das Gerät per Mini-USB erneut aufladen. Die Mini-Version ist ein Feuerzeug in Feuerzeuggröße, und hat ebenfalls eine helle LED. Die Preise betragen 20 – 35 €. Diesmal wird das Finanzierungsziel von 40.000 $ sogar ganz gewaltig überschritten – denn die ,Funken’ finden bis Mitte Dezember 9.288 Unterstützer, die sich mit zusammen 511.975 $ für die Sache engagieren.

Dem Stand von 2016 zufolge wird der PowerPot V vom Hersteller zu einem Preis von 70 $ angeboten, während er auf Amazon für 165 € gehandelt wird. Die anderen Modelle scheint es hingegen noch nicht zu geben.

Im Zuge der obigen Produktrecherche bin ich über ein weiteres Objekt gestolpert – das ich dann auch umgehend bestellt habe.

Bei der thermoelektrischen LED-Leselampe handelt sich um einen luftgekühlten thermoelektrischen Generator, der die Wärme eines Teelichts in elektrische Energie umwandelt, die wiederum die LEDs der Leselampe zum Leuchten bringt – und damit das eigentlich schwache Licht eines Teelichts in helles, starkes LED-Licht verwandelt.

Neben der TE-Leuchte für rund 50 € (Amazon: 70 €) bietet die deutsche Firma Ideas4motion GmbH in Spiegelau auch zwei thermoelektrische Generatoren als Notstromversorgung an (15 W für 200 €, sowie 45 W für 580 €).

Hersteller ist die im Jahr 2000 gegründete chinesische Firma Thermonamics Electronics (Xiamen) Co. Ltd., eine Tochter der Jiangxi Copper Corporation (JCC). Die Firma, die sich primär mit der Erforschung und Herstellung von hochleistungsfähigen thermoelektrischen Elementen und Modulen befaßt, wird im Dezember 2010 übrigens zur Direktorin der Chinesischen Thermoelektrischen Gesellschaft (CTS) gewählt. Die Muttergesellschaft JCC ist wiederum ein großes Unternehmen der NE-Metalle-Industrie, das u.a. auch die wichtigsten Elemente für TEs produziert, wie Selen, Tellur und Bismut.

Die Inbetriebnahme erfolgt durch Anzünden des Teelichts, das auf einem aus- und einfahrbaren Schieber sitzt. Die Außenstruktur aus Plexiglas erlaubt es, den einfachen Aufbau des Gerät gut sehen zu können, und es dauert weniger als eine Minute, bis der LED-Kranz in hellem Licht strahlt. Als Kunde bin ich jedenfalls sehr zufrieden, denn die TE-Leuchte eigent sich auch auszgezeichnet als Demostrationsobjekt für die Intelligenz der Thermoelektrizität.

Ebenfalls im April 2012 wird berichtet, daß Forscher an der Purdue University um Prof. Yue Wu eine neue Methode entwickelt haben, Energie durch das Sammeln von Wärme aus Wasserrohren und Motorbauteilen zu gewinnen.

Das Team erzeugt ein hochflexibles thermoelektrisches System, indem es Glasfasern in eine Lösung mit Nanokristallen aus Blei-Tellurid taucht. Anschließend werden die Fasern erhitzt, um die Kristalle miteinander zu verschmelzen.  Durch die Minimierung der Verwendung des teuren Tellur auf eine nur 300 nm dicke Beschichtung fallen zudem die Herstellungskosten drastisch.

Das neue Purdue-System ist außerdem weniger voluminös als viele seiner Vorläufer, verwendet weniger toxisches Material, ist skalierbar und eignet sich gut für die Massenproduktion. Besonders vorteilhaft ist, daß die flexiblen Fasern z.B. leicht den Biegungen von Wasserrohren folgen können.

Demonstriert wird das Konzept anhand eines Systems, das Röhrchen mit unterschiedlichen Durchmessern enthält, die in einem größeren Rohr verschachtelt sind. Heißes Wasser fließt durch ein zentrales Rohr, wührend kühleres Wasser durch ein äußeres Rohr fließt, mit einer Schicht aus thermoelektrischem Material zwischen den beiden. Bei Tests mit einem Chevy Suburban, der mit einem TE-Gerät ausgestattet ist, das die neuen Fasern verwendet, werden 250 - 440 W gewonnen, was einer Verbesserung der Kraftstoffnutzung von ~ 3,6 % entspricht.

Da es noch Abbauprobleme gibt, die vermutlich auf das Brechen des beschichteten Films auf den Glasfasern beim Biegen zurückzuführen sind, gehören zu den zukünftigen Schritten die Verbesserung der Beschichtungsqualität und die Erforschung einer besseren Beschichtungs-Tinte, um anschließend Energieerzeugungsmodule auf der Basis der flexiblen Fasern zu entwickeln und ihre Effizienz zu prüfen. Zudem soll der Einsatz in umgekehrter Richtung als Festkühlvorrichtung untersucht werden.

Die Forschungsarbeit, die bereits zum US-Patent angemeldet ist, wird von der National Science Foundation (NSF) und dem U.S. Department of Energy finanziert.

Im Juli 2012 erscheinen in den Blogs die Fotos eines schlichten Büroarbeitsplatzes mit dem programmatischen Titel Unplugged, die einen Teil der Abschlußarbeit des schwedischen Designers Eddi Törnberg am Beckmans College of Design in Stockholm bilden.

Das zukünftige Konzept sieht vor, daß die Stromversorgung der genutzten elektronischen Geräte über Energie vom menschlichen Körper gesammelt wird. Kernelement ist ein thermoelektrischer Bürostuhl, der die Körperwärme des Sitzens auffängt und umwandelt. Außerdem gibt es einen Büroteppich, der eingewebte piezoelektrische Elemente enthält und die Energie aus der Bewegung bezieht, wenn man darüber läuft – oder mit (einem vielleicht etwas bequemeren) Bürostuhl hin und her rollt.

Als dritte Energiequelle soll der natürliche Prozeß einer mikrobiellen Brennstoffzelle in dem bürotypischen Pflanzenkübel genutzt werden, ähnlich wie die Vielzahl der von Designern und Wissenschaftlern entwickelten Varianten, die ich im Kapitel Micro Energy Systems ausführlich vorstelle (s.u. Bakterielle Systeme).

Während es sehr unwahrscheinlich ist, daß Törnbergs Prototyp tatsächlich genügend Energie zur Stromversorgung eines Laptops liefern kann, reicht es sicherlich für eine LED oder andere Kleinstverbraucher – und in jedem Fall gibt das Design einige konstruktive Denkanstöße.

Auch der am 6. August 2012 erfolgreich auf dem Mars gelandete und weitgehend autonome Rover Curiosity wird von einem thermoelektrischen Generator betrieben, der seine Energie aus Radioisotopen bezieht (Plutonium-238 Dioxid) und durchgehend 125 W produziert. Zumindest in der ersten Zeit, denn nach 14 Betriebsjahren sinkt die Leistung auf etwa 100 W – sofern der Rover dann immer noch die Wüsten des Mars durchquert.

Der Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) wurde von der NASA entwickelt und von der Firma Rocketdyne Propulsion and Power hergestellt, einer Tochterfirma der Pratt and Whitney (s.u. Nuklearbatterie). Gestartet war das Raumschiff mit dem Rover übrigens im November 2011.

Im Oktober 2012 folgen mehrere relevante Meldungen, die mit einem Entwurf des Designers Ardavan Mirhosseini aus Toronto, Kanada, beginnen, der bislang aber noch nicht umgesetzt worden ist.

Bei dem EcoCharge handelt es sich um eine tragbare Stromquelle, die auf einem thermoelektrischen Generator basiert, der im Gegensatz zu seinen Vorläufern aber nicht fest in einem Topf verbaut ist. Statt dessen erfolgt das ,Andocken’ an die Metalloberfläche der Wärmequelle über eine flexible magnetische Fläche, so daß die Vorrichtung fast überall verwendet werden kann – von Kochtöpfen bis zu Raumheizungen.

Auf dem großen OLED-Display läßt sich  verfolgen, wie es um den Stromfluß bestellt ist. Der so erzeugte Strom wird dann via USB an Smartphones, Tablets oder andere Geräte übertragen.

Ebenfalls im Oktober wird bekannt, daß die zentrale Forschungs- und Entwicklungseinheit Corporate Technology (CT) der Firma Siemens AG zusammen mit Hochschulen und weiteren Industriepartnern im Rahmen des von der Europäischen Kommission finanzierten Förderprojekts NexTec (Next Generation Nano-engineered Thermoelectric Converters – from concept to industrial validation), dessen Konsortium zwölf Institutionen aus fünf EU-Mitgliedsstaaten umfaßt, den Einsatz thermoelektrischer Generatoren untersucht, um in 200 – 300°C heißen Umgebungen Strom zu erzeugen.

Im Rahmen von NexTec werden zwei wesentliche Faktoren parallel behandelt: die Entwicklung besserer thermoelektrischer Materialien einerseits, und die neuer Systemgeometrien und Methoden andererseits, um das Modul effizienter zu integrieren. Denn um eine optimale Leistung zu gewährleisten, sind beide Ansätze erforderlich. Ebenso müssen neue Verbindungsmethoden gefunden werden, weil konventionelle Löttechniken den hohen Temperaturen und den Temperaturschwankungen nicht lange standhalten.

Primär geht es darum, bessere thermoelektrische Module für die Automobil-, Kälte- und IT-Branche zu entwickeln, weshalb das Konsortium einen funktionierenden Prototypen demonstrieren soll, der in der Lage ist, thermische Energie von über 500°C zurückzugewinnen. Ein Labor-Demonstrator ist bei CT bereits im Bau.

Als im Oktober 2015 die Endergebnisse des Förderprojekts NEXTEC bekannt gegeben werden, liest sich das Ganze äußerst dürftig. So seien nanostrukturierte Skutterudite (SKT) und Bismut-Tellurid verwendet worden, um TE-Module für elektrische Energie und Kühlung zu entwickeln. Zudem hätten die Wissenschaftler Simulationsmodelle und Prüfstände entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der von ihnen konstruierten Module zu testen. Außerdem wurde eine umfassende Ökobilanzanalyse von SKT-basierten TE-Modulen durchgeführt, um die ökologischen und toxikologischen Auswirkungen des Nanomaterials zu ermitteln. Ansonsten führte NEXTEC zu mehr als 40 Publikationen in Konferenzpräsentationen und Fachzeitschriften. Irgend etwas Praktisches scheint dabei aber nicht herausgekommen zu sein.

Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Nutzung thermoelektrischer Generatoren in Fahrzeugen wie Dieselloks, Last- und Personenkraftwagen. Hier ist Siemens an dem Projekt HeatReCar beteiligt, das anhand eines Prototypen das Potential der Rückgewinnung von Abwärme aus dem Abgas untersucht (s.u.).

In dem dritten Bericht vom Oktober 2012 meldet ein Team der Michigan State University (MSU) unter der Leitung von Prof. Donald Morelli, Direktor des Centre for Revolutionary Materials for Solid State Energy Conversion, die Entwicklung eines kostengünstigen und hocheffizienten thermoelektrischen Materials, das zwar synthetisch ist, in seiner Zusammensetzung aber auf der Familie der natürlich vorkommenden und reichlich vorhandenen Mineralien basiert, die als Tetrahedrite bekannt sind und die am weitesten verbreiteten Sulfosalze auf der Erde darstellen.

Auch im vorliegenden Fall beinhaltet das Herstellungsverfahren das Mahlen der üblichen Materialien in ein Pulver, worauf dann eine Kombination von Wärme und Druck verwendet wird, um dieses in den erforderlichen Größen zu komprimieren. Dabei mußte die neue Komposition (Cu_12-xM_xSb₄S₁₃ - wobei M ein Übergangsmetall wie Zn oder Fe ist) nur leicht angepaßt werden, um das fertige Produkt thermoelektrisch zu machen, das einen ZT-Wert von nahe 1 erreicht.

Die Arbeiten werden durch einen Zuschuß aus dem Office of Science des DOE gefördert und erfolgen in Partnerschaft mit der University of California, Los Angeles, und unter Beteiligung der Northwestern University, der Ohio State University, der Wayne State University und des Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Irgendwelche Neuigkeiten gibt es seitdem noch nicht.

Im November 2012 wird in den Fachblogs über die Dissertation von Salman Bin Inayat an der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) berichtet. Unter der Leitung von  Prof. Muhammad Mustafa Hussain hatte der Doktorand die Idee untersucht, mikro- bis nanoskalige thermoelektrische Materialien in Fenstergläser zu integrieren, um aus der Temperaturdifferenz, die zwischen der heißen Außenseite und dem relativ kaltem Innenraum besteht, Strom zu erzeugen. Als besonderer Vorteil wird hervorgehoben, daß diese kostenlose Stromquelle im Gegensatz zu Photovoltaik auch während der Nacht funktioniert, speziell in heißen Klimazonen mit durchschnittlichen Temperaturen von über 45°C.

Die Herausforderung besteht darin, die thermoelektrischen Materialien durch die gesamte Tiefe der Fensterscheibe zu plazieren, die bis zu 5 mm betragen kann. Herkömmliche Mikrofabrikation-Abscheidungstechniken wie Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung und elektrochemische Abscheidung können ein derartiges Dickenprofil nicht erreichen.

Das KAUST-Team senkt die Wärmeleitfähigkeit marktüblicher thermoelektrischer Pulver-Materialien wie Antimon-Tellurid und Bismut-Tellurid, indem es deren Foto-Streuung verstärkt. Auch hier wird eine Kugelmühle verwendet, um die Pulver vor dem Heißpressen zu zerkleinern, damit daraus Pellets mit mehr Korngrenzen erzeugt werden können, die mehr Streuungsstellen für die Wärmeträger (Phononen) bereitstellen, was zu einer verringerten Wärmeleitfähigkeit führt. Gleichzeitig werden elektrische Ladungsträger eingeführt, welche die elektrische Leitfähigkeit verbessern.

Das Hinzufügen von Schwefel vor dem Kugelmahlen erzeugt zwar noch mehr Streuungsstellen, um Phononen abzulenken, reduziert jedoch die Leistung des Bismut-Tellurid. Das Team produziert daher einen TEG, indem es 5 mm lange Pellet-Paare aus Bismut-Tellurid und schwefellegiertes Antimon-Tellurid herstellt, die in vorgebohrte Löcher in Fensterglas eingeführt werden.

Die erfolgreiche Demonstration eines 35 x 35 cm großen mit 72 Paaren der kleinen Thermosäulen, der bei einer Temperaturdifferenz von 23,5°C eine Ausgangsleistung von 0,112 µW erreicht, verspricht rein rechnerisch, aus einem 9 m² großen thermoelektrischen Fenster bei einem TemperaturPrototypengradienten von 20°C zwischen Innen und Außen 304 W herausholen zu können. Damit könnte ein Wolkenkratzer mit einer thermoelektrisch aktiven Glasabdeckung von 85.000 m² die beachtliche Menge von 2,8 MW Leistung liefern.

Die Gruppe von Hussain plant nun, diese Idee zu erweitern, indem thermoelektrische Materialien in die Wände und Türen von Gebäuden integriert werden, um eine maximale Wärmemenge aus der Außenatmosphäre zu erschließen. Weitere Neuigkeiten gibt es bislang nicht.

Zum Abschluß der Jahresübersicht 2012 ist vielleicht interessant zu erfahren, wie sich der aktuelle Weltmarkt der TEG dargestellt. Demnach entfallen 96 % der Anwendungen auf den Sektor Militär und Raumfahrt, während andere industrielle bzw. Consumer-Anwendungen jeweils 2 % ausmachen.

 

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